王旭声　闫路恒　钱行

摘 要：为研究盾构区间下穿对既有地铁区间结构变形的影响，建立地层-结构模型，采用Midas软件计算盾构下穿施工引起的既有区间结构变形，分析既有区间结构的变形规律。结果表明：盾构下穿施工中既有区间的结构竖向变形先增大后减小，当盾构掘进至隧道正下方位置时竖向变形最大;盾构下穿施工中既有区间的结构横向变形逐渐增大。

关键词：盾构法;下穿区间;变形

中图分类号：U455.43;U231.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）07-0106-03

Abstract： In order to study the deformation of shield tunnel passing through the existing subway section， a stratum structure model was established. Midas software was used to calculate the structural deformation of existing section caused by shield tunneling and analyze the deformation law of existing section structure. The results show that the vertical deformation of the structure in the existing interval increases first and then decreases with the increase of shield tunneling. When the shield is driven to the lower part of the tunnel， the vertical deformation is the largest. The lateral deformation of the existing section gradually increases with the shield tunneling.

Keywords： shield method;underpass tunnel;deformation

盾构法因安全、高效、适应性强等优点，被广泛应用于地铁区间隧道施工中。在地铁区间工程中，线路不可避免地需要下穿或上跨管线、隧道等各种风险源，而对风险源的变形控制尤为严格[1]。但因地下结构与地层之间的相互作用较为复杂，所以结构变形计算仍比较困难。本文建立地层-结构模型，以郑州机场至许昌市域铁路工程（郑州段）机场北站—寺东孙站盾构区间下穿既有郑州地铁城郊线为例，采用Midas软件计算下穿施工引起的既有区间结构变形，分析盾构下穿施工中既有区间结构的变形规律，对盾构区间下穿风险源工程施工提出建议和保护措施。

1 计算模型

1.1 工程概况

机场北站—寺东孙站是郑州机场至许昌市域铁路工程（郑州段）的区间工程，左、右线埋深为15.7～24.6 m，垂直下穿既有郑州地铁城郊线孟庄路站—机场城际站区间隧道。区间隧道为圆形，内径为5.5 m，外径为6.2 m，于寺东孙站左、右线依次盾构始发，掘进至机场北站接收。工程地貌单元属山前冲洪积平原区，地形较平坦，没有对工程有影响的地表水体，地下水位较低[2]。

区间隧道下穿范围长度约为23 m，与城郊线最小竖向净距为2.558 m，地质情况主要为黏质粉土。为保证城郊线结构安全运营，采用水平定向钻进行加固，在既有城郊线隧道外侧各6 m范围内的PE管上布设Φ6 mm梅花型注浆孔，注浆材料采用普通硅酸盐水泥。区间隧道空间位置关系如图1所示。

1.2 计算模型

用于地下结构理論计算的力学模型可分为两种，即地层-结构模型、荷载-结构模型[3]。地层-结构模型考虑地层与结构的共同作用，多用于结构的变形计算;荷载-结构模型只将结构作为计算对象，多用于结构内力计算。考虑到盾构区间施工引起的既有结构的变形与地层关系密切，因此采用地层-结构模型进行变形分析。

目前，可用于地层-结构模型分析的大型计算软件有Midas、ANSYS、FLAC等[4]。本次计算采用Midas软件，土体本构模型采用修正的摩尔-库仑破坏准则，土体及区间结构采用实体单元。考虑到地层的影响范围，模型尺寸为90 m×90 m×52 m（长×宽×高），地表设置自由边界，其他5个面均设置法向变形约束，建立计算模型网络。计算模型及网格划分如图2所示。

1.3 材料参数

计算模型中采用的土层结构自上而下为杂填土—粉砂—黏质粉土—粉砂—黏质粉土—粉质黏土—粉质黏土—粉质黏土。根据地质勘查报告，依照地层特性对相近的土层参数取加权平均值，确定各个数值计算模型中地层的厚度和物理力学参数。

2 计算结果

各工序引起的既有城郊线区间结构竖向变形结果如表1所示。

各工序引起的既有城郊线区间结构横向变形结果如表2所示。

根据计算结果可知，盾构区间施工引起既有城郊线区间结构的竖向变形最大值为4.983 mm，右线中段管片底部下沉变形;横向变形最大值为1.787 mm，右线中段管片侧壁外凸变形，满足设计规范要求[5]。竖向、横向最大变形云图分别如图3和图4所示。

3 结语

本文通过建立三维地层-结构模型，采用Midas软件计算了新建机场北站—寺东孙站区间盾构下穿既有区间结构的变形，分析盾构下穿施工中既有区间结构的变形规律。结果表明，盾构下穿过程中，既有区间的结构竖向变形先增大后减小，当盾构掘进至隧道正下方位置时竖向变形最大;盾构下穿过程中既有区间的结构横向变形逐渐增大。针对盾构区间下穿既有结构工程施工提出以下建议和保护措施。

①水平定向钻加固施工时，应控制钻进速度和注浆压力，避免引起管片过大的沉降或隆起，并及时进行监测。

②盾构下穿既有区间时，应严格控制注浆压力、出土量等盾构掘进参数，同时调整盾构姿态，避免因注浆压力过大或姿态偏差引起的风险[6]。

③盾构施工前应做好工程筹划，在地铁非运营时间穿过既有结构节点且在既有线区间范围内不得停止掘进。

参考文献：

[1]何川，苏宗贤，曾东洋.地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方已建隧道的影响[J].土木工程学报，2008（3）：91-98.

[2]李倩倩，张顶立，房倩，等.浅埋暗挖法下穿既有盾构隧道的变形特性分析[J].岩石力学与工程学报，2014（S2）：3911-3918.

[3]张志强，何川.南京地铁区间盾构隧道“下穿”玄武湖公路隧道施工的关键技术研究[J].岩土力学，2005（11）：20-25.

[4]刘建国.深圳地铁盾构隧道施工技术与经验[J].隧道建设，2012（1）：72-87.

[5]杨志勇，江玉生，颜治国，等.盾构下穿地铁运营隧道沉降规律分析[J].西安科技大学学报，2014（3）：268-273.

[6]黄新民.盾构隧道下穿既有桥桩工程的保护方案研究[J].地下空间与工程学报，2012（3）：557-561，636.