盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法

摘要

本发明公开了一种盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法，包括：施工前，根据图纸信息，利用MIDAS/GTS软件绘制地质、既有隧道和下穿隧道的模型，并赋予材质相关参数；对模型进行网格划分，生成网格组，并添加自重和约束；通过激活和钝化模型进行施工模拟；查看施工模拟的结果，验证施工方案可行性。本发明运用MIDAS/GTS三维有限元分析软件的技术，通过三维有限元仿真研究新建隧道下穿对既有隧道变形特性的影响，对隧道几何形状、土体强度等潜在影响因素进行逐一分析，评估地铁隧道工程本身的结构是否安，给出盾构下穿施工中施工参数的修正对既有隧道变形影响规律及施工工法建议，提前验证方案可行性，确保工程顺利安全实施。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法。

背景技术

随着城市地铁建设渐入规模，越来越多的地铁建设将面临多次穿越既有地铁线路的问题，由于新建隧道会对既有隧道周围土体造成扰动，容易使既有隧道产生较大变形，这是新线建设中等级最高的风险工程之一。对这类问题引起的工程风险的合理预测和评估具有重大的工程意义。

目前只能在既有运营线路上和路面布置监测点，通过实测轨道几何变形、沉降和地表沉降相关数据，进行分析是否存在安全隐患，不能提前预判危险源，一旦沉降过大会造成重大安全事故。

发明内容

针对上述现有技术中存着的不足之处，本发明提出了一种盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法，在施工前评估地铁隧道工程本身的结构是否安全，给出盾构下穿施工中施工参数的修正对既有隧道变形影响规律及施工工法建议，提前验证方案可行性，确保工程顺利安全实施。

为实现上述技术效果，本发明提供了一种盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法，其包括步骤：

施工前，根据图纸信息，利用MIDAS/GTS软件绘制地质、既有隧道和下穿隧道的模型，并赋予材质相关参数；

对所述模型进行网格划分，生成网格组，并添加自重和约束；

通过激活和钝化所述模型进行施工模拟；

查看施工模拟的结果，验证施工方案可行性。

较佳地，在赋予模型材质相关参数时，不同类别的模型赋予不同材质。

较佳地，所述材质相关参数包括弹性模量、泊松比、容重、粘聚力、摩擦角中的任意一项、两项或多项的组合。

较佳地，在对所述模型进行网格划分之后自动生成对应的模型网格组，并按照工序步骤修改网格组名字，用于后续按照工序步骤进行所述施工模拟。

较佳地，所述自重为网格中结构本身的荷载，依据赋予的材质相关参数自动计算结构自重。

较佳地，所述约束包含网格组的所欲边界。

较佳地，通过激活和钝化所述模型进行施工模拟的步骤包括：按照施工工序步骤对模型网格组进行逐一激活和钝化，激活下一步工序将要发生的网格组，钝化上一步工序完成的网格组，完成施工模拟。

较佳地，通过查看施工模拟过程中的沉降位移数据模拟结果，判断施工方案的可行性，模拟结果符合工程要求，方案可行；反之则方案不可行。

较佳地，所述施工方法还包括步骤：在验证施工方案可行后，采用所述施工方案进行下穿隧道施工。

由于采用上述技术方案，使得本发明取得的技术效果是：

针对新建下穿隧道在盾构过程中会造成既有隧道产生较大变形，对施工产生不利影响的问题，运用MIDAS/GTS三维有限元分析软件的技术，通过三维有限元仿真研究新建隧道下穿对既有隧道变形特性的影响，对隧道几何形状、土体强度等潜在影响因素进行逐一分析，评估地铁隧道工程本身的结构是否安，给出盾构下穿施工中施工参数的修正对既有隧道变形影响规律及施工工法建议，提前验证方案可行性，确保工程顺利安全实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对新建下穿隧道在盾构过程中会造成既有隧道产生较大变形，对施工产生不利影响的问题。本发明提供了一种盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法，主要运用MIDAS/GTS三维有限元分析软件的技术，通过三维有限元仿真研究新建隧道下穿对既有隧道变形特性的影响,对隧道几何形状、土体强度等潜在影响因素进行逐一分析，评估地铁隧道工程本身的结构是否安，给出盾构下穿施工中施工参数的修正对既有隧道变形影响规律及施工工法建议，提前验证方案可行性，确保工程顺利安全实施。

参阅图1所示，本发明实施例的盾构隧道近距离下穿既有隧道施工方法，具体的操作步骤如下：

第一步，下穿隧道施工前，根据图纸信息，利用MIDAS/GTS软件绘制地质、既有隧道和下穿隧道的模型，并赋予材质相关参数；

其中，模型材质相关参数包括弹性模量、泊松比、容重、粘聚力、摩擦角中的任意一项、两项或多项的组合，由MIDAS/GTS软件网格面板里的材料功能键完成该步骤操作。

MIDAS/GTS软件是现有技术，其中文名为岩土与隧道分析系统。MIDAS/GTS可以对复杂的几何模型进行可视化的直观建模。另外，MIDAS/GTS独特的Multi-Frontal求解器能为我们提供最快的运算速度，这也是最强大的功能之一。在后处理中，它能以表格、图形、图表形式自动输出简洁实用的计算书。

值得注意的是：利用MIDAS/GTS软件绘制地质、既有隧道和下穿隧道的模型时，一定要将不同类别的模型赋予不同材质信息，以便于进行后续网格处理。

第二步，对所建的模型进行网格划分，生成网格组，并添加自重和约束(即网格拓扑检查)；

其中，网格划分中，网格尺寸可依据需要分析的结构的重要性或规格进行划分，需要主要分析的地方密一些，常规为1m×1m的网格，其余部分适当疏一些，常规为3m×4m的网格。

网格组是对模型进行网格划分之后自动生成对应的模型网格组，并按照工序步骤修改网格组名字，便于后续按照工序步骤进行所述施工模拟。

进一步地，自重是指结构本身的荷载，依据就是之前赋予材质相关参数自动计算结构自重；约束包含网格组的所欲边界，由MIDAS/GTS软件面板里的生成功能键实现。

第三步，通过激活和钝化所述模型进行施工模拟；

在该步骤务必要激活所有网格、边界、荷载，并按照施工顺序设定分配规则，以确保施工模拟的准确性。

其中，钝化就是该节段在计算中不发挥作用，相当于不存在；比如钝化结构网格组，表示在此节段，此结构网格组不存在，钝化了的边界条件相当于没有加此边界条件，当然要再次使用，可以激活。

因此，在本步骤中，通过激活和钝化模型进行施工模拟的步骤具体可包括：按照施工工序步骤对模型网格组进行逐一激活和钝化，激活下一步工序将要发生的网格组，钝化上一步工序完成的网格组，完成施工模拟。

其中，激活下一步工序将要发生的网格组，钝化上一步工序完成的网格组，由MIDAS/GTS软件静力分析面板里的施工阶段助手功能键实现。

按照施工步序对模型网格组进行激活和钝化，进行应用，自动可以施工模拟，由MIDAS/GTS软件软件静力分析面板里的模拟施工阶段功能键实现。

第四步，查看施工模拟的结果，验证施工方案可行性。

用MIDAS/GTS软件分析面板里的运行功能键，查看沉降位移等数据模拟结果，判断方案是否可行。若方案可行，则采用该施工方案进行下穿隧道施工；若方案不可行则修改后重新采用本发明方法进行验证，直至验证方案可行，进行下穿隧道施工。

本发明主要是对盾构隧道近距离下穿既有隧道施工进行数值分析，通过三维有限元仿真研究新建隧道下穿对既有隧道变形特性的影响，对隧道几何形状、土体强度等潜在影响因素进行逐一分析，在施工前评估地铁隧道工程本身的结构是否安全，给出盾构下穿施工中施工参数的修正对既有隧道变形影响规律及施工工法建议，提前验证方案可行性，确保工程顺利安全实施。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。