近距离平行盾构隧道施工数值模拟及其施工影响因素分析

摘要

随着我国城市地下工程的迅速建设，对地下空间的使用提出了新要求，为了更加有效地利用地下空间，线路近距离的施工问题变得尤为突出。在城市地下工程施工方法中，盾构法作为一种高效安全稳定的施工方法，获得了广泛地应用，但近距离平行盾构隧道安全稳定性施工仍处于探索阶段。 论文以西安北客站至咸阳机场城际轨道项目，西安北客站至尚稷路站区间明光路下已建地铁4号线及新建机场线，四孔近距离平行盾构隧道为依托，利用有限元软件ANSYS对新建机场线双孔近距离盾构隧道掘进的全过程进行数值模拟，然后以该项目的工程地质条件为参数，分析不同地层损失率、不同盾构顶推力和不同注浆情况对近距离平行盾构隧道施工的影响规律，研究对以后西安地区类似的工程提供理论上的依据和指导。主要研究内容为： （1）将新建机场线双孔近距离平行盾构隧道的掘进过程分成两种施工工序，第一种施工工序先开挖左孔后施工右孔，第二种施工工序先开挖右孔后施工左孔。通过对两种施工工序计算结果的对比分析，得出两种施工工序对地层位移的影响程度相差较小，但第一种施工工序比第二种施工工序对已建地铁四号线隧道右孔管片产生影响的应力和应变小，在实际的施工中建议先施工左孔隧道，后施工右孔隧道。 （2）研究不同地层损失率对近距离平行盾构隧道影响规律，分别选取地层损失率为2.5%、1.3%、0.1%。当地层损失率从2.5%减小到0.1%，地表沉降量从13mm减小到7.4mm，已建地铁四号线隧道右孔管片最大应力从821KPa增大到952KPa，最大应变从0.038mm增大到0.045mm，先开挖的机场线左孔隧道管片最大应力从16.4MPa减小到14.2MPa，最大应变从14.9mm减小到9.5mm。发现随着地层损失率减小，地表沉降量和先施工机场线左孔隧道管片的应力及应变都在逐渐减小，而已建地铁四号线隧道右孔管片的应力及应变在逐渐增大。 （3）研究不同盾构顶推力对近距离平行盾构隧道影响规律，分别选取顶推力为120KPa、190KPa、260KPa。盾构顶推力从120KPa增大到260KPa后，盾构起始端地表沉降量从7.4mm增大到11.1mm，到接收端地表沉降量从3.5mm减小到1.5mm，随着盾构的推进，地表沉降量都在逐渐减小，地层水平方向最大位移从8.9mm增大到10.2mm，已建地铁四号线隧道右孔管片最大应力从951KPa增大到1.79MPa，最大应变从0.045mm增大到0.089mm，先开挖的机场线左孔隧道管片最大应力从14.2MPa增大到21.5MPa，最大应变从9.489mm增大到9.495mm。发现随着盾构顶推力的增大，盾构起始端地表沉降量增大，随着盾构的推进，地表沉降量在逐渐减小，地层水平方向位移、已建地铁四号线隧道右孔管片和先施工机场线左孔隧道管片的应力及应变都在逐渐增大。 （4）研究不同注浆情况对近距离平行盾构隧道影响规律，分别选取100MPa、1000MPa。注浆材料弹性模量从100MPa增大到1000MPa，地表沉降量从9.7mm减小到7.4mm，已建地铁四号线隧道右孔管片最大应力从1.09MPa减小到951KPa，最大应变从0.052mm减小到0.045mm，先开挖的机场线左孔隧道管片最大应力从15.1MPa减小到14.2MPa，最大应变从9.62mm减小到9.48mm。发现注浆材料弹性模量降低时，会导致地表沉降量和水平位移量增大、已建地铁四号线隧道右孔管片和先施工机场线左孔隧道管片的应力及应变都在逐渐增大。

目录

1绪论

1.1问题的提出

1.2近距离隧道国内外研究现状

1.3本文研究方法和内容

2近距离盾构隧道施工基本问题的研究

2.1隧道近接程度的判断

2.2盾构隧道施工力学规律研究

2.3近距离盾构隧道施工对周围环境的影响分析

2.4小结

3盾构法概述及其背景工程

3.1盾构法概述

3.2盾构结构计算

3.3工程概况与地质特征

3.4小结

4近距离平行盾构隧道施工过程数值模拟

4.1 有限元数值模拟分析概述

4.2盾构隧道掘进过程的三维数值模拟

4.3盾构隧道掘进过程的数值模拟分析

4.4小结

5近距离平行盾构隧道不同施工因素影响分析

5.1不同地层损失率的影响分析

5.2不同盾构顶推力的影响分析

5.3不同注浆情况的影响分析

5.4小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录