盾构下穿人行通道沉降影响研究

2013-08-21常岐

山西建筑 2013年4期

常岐

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

0 引言

随着地下空间开发的深入进行，城市轨道交通得到了迅速的发展，在我国软土地区修建的地铁多采用盾构法施工，而在城市地区，地下空间的利用较为发达，盾构下穿过程中，一方面会对地层产生扰动，造成变形，另一方面，当盾构近距离穿越地下管线、结构基础、人行通道等时也有可能诱发结构损害而导致使用性能受到影响［1-4］，如何采取有效措施减少盾构下穿对相邻构筑物的影响是急需解决的问题，文中通过数值模拟，得到了盾构下穿人行通道过程造成的位移沉降变化规律，为相关工程提供了技术积累。

1 分析模型的建立

1.1 工程概况

人行通道外包尺寸为9.0m×4.5m，顶板覆土2m，底板底距离盾构顶部约2.4 m，通道主箱共分两段，每段长约16 m，地道围护结构为混凝土板桩，宽0.5 m，厚0.25 m，盾构机为大型土压平衡盾构机，根据通道与在建隧道的关系，盾构推进过程中，盾构轴线两侧各8 m的板桩须清除，数值计算时不考虑板桩，工程范围内的土层参数如表1所示。

1.2 分析模型

本次模拟根据工程实际情况，并考虑施工的影响范围，模型尺寸取值如下:人行通道的长度取32 m，盾构对隧道从人行道向两端各取40 m(20环)。隧道底部向下取20 m，隧道上覆土层按照实际取值。

模型的边界条件为:前、后边界面(Z向)取Z向固定位移约束，左、右边界面(X向)取X向固定位移约束，底面(Y向)取Y向固定位移约束，土层中的应力场取为自重应力场。

模型中土层参数按照表1中所给数据取值，土层采用弹塑性实体单元模拟，人行通道衬砌和隧道衬砌采用弹性壳单元模拟，模型如图1所示。

表1 土层物理力学参数

1.3 施工过程模拟

根据管片的宽度(2 m)确定如下的过程模拟情况:首先在推进到人行通道影响区内(360环)之前按照5环每步的速度模拟，进入影响区后(360环～365环)按照3环，2环的推进速度模拟。影响区内(365环～375环)的计算按照每一环计算一次模拟，远离影响区时的计算分步和前面相同，掌子面推进至390环，模型贯通，整个过程分为18个施工步完成。人行通道和盾构隧道的位置关系如图2所示。

图1 模型图

图2 人行通道与盾构隧道位置关系图

2 数值模拟结果及分析

图3给出了盾构机推进到不同位置时刻，人行通道中轴线纵剖面的沉降变化情况。

可见，盾构机在推进时必然引起地层损失，使地层应力场发生变化，一方面当盾构推进到通道下方时，隧道衬砌刚度与原始土层差别较大加之隧道自身的沉降，引起通道产生位移，另一方面，盾构机距离通道位置不同时，通道处土体受扰动的情况不同引起的位移变化也不同。取图3中靠近中线的一侧节点(人行通道底部，编号M)的位移情况统计如图4所示。图4为测点位移增量图，可以看到，当盾构推进到约360环时测点开始隆起，约375环时，隆起达到最大值，而370环时盾构机达到通道正下方，这一点正体现了盾尾后注浆的施工工序。当盾构靠近通道时，由于注浆压力及土仓压力的作用，通道底部受力向上产生位移，随着盾构的推进，隧道产生位移从而使人行通道出现下降趋势。

3 主要研究结论

针对盾构下穿人行通道的工程实例，建立了三维模型，通过模拟盾构机推进、管片拼装过程，分析了人行通道的沉降位移变化规律，由分析结果可知，当盾构推进到通道附近时，盾构注浆压力以及土仓压力作用改变了原始地层应力，通道底部受到向上的作用力，表现为隆起;盾构推过通道截面一段时间后，隆起量达最大，这是由于盾尾注浆的滞后性所致，随着盾构的推进，通道逐渐产生下沉，这是由于盾构隧道沉降以及土层压缩的结果。