盾构隧道面临的近距离施工问题

第３２卷第ｌ９期　２　０　０　６年１　０月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ｝．３２　Ｎｏ．１９　Ｏｃｔ．２００６　・２３９・　文章编号：１００９—６８２５（２００６】１９—０２３９—０２　盾构隧道面临的近距离施工问题　李云辉　摘要：分析了我国在盾构隧道施工技术方面存在的问题，剖析了盾构隧道近邻的施工现状，介绍了盾构施工对邻近隧　道的扰动机理及施工的数值模拟方法，以使盾构隧道施工法的应用更广泛。　关键词：盾构隧道，扰动机理，模拟　中图分类号：Ｕ４５５．４３　文献标识码：Ａ　一引言　、系统化问题；隧道开挖面稳定机理和控制问题；相邻或叠交隧　都还需要进行不懈的研究和积累。　近年来，我国开展大规模的城市市政工程建设，尤其是几个　道相互影响的评价问题等等，另一方面，盾构施工技术在近几年还会有突飞猛进的发展，这是　重要城市都已开始了地下铁路的建设工程。在这些地下工程中，　由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限制，使得传统　基于我国城市建设和各种基本建设的需求所作出的较为客观的　的施工方法难以普遍适用。在这种情况下，对城市正常机能影响　预测。其背景是各大城市地下铁路的建设工程、城市上下水隧道　工程。此外，国家的重点建设项目如南水北调及西气东输工程都　涉及到穿越江河的问题，其中一些区段将可能需要采用盾构法进　行隧道施工。因此盾构隧道施工法在我国的发展前景非常广阔，　很小的隧道施工方法——盾构施工法普遍得到了人们的关注，并　且在一些地区已经有了较为广泛的使用。　虽然我国在盾构隧道施工方面已有了一定的成功经验和技　更经济、更安全地使用盾构技术，有必要利用国　术积累，但仍然存在大量的技术问题。除盾构机械制造和施工控　为了下一步更好、内外相关经验来研究并解决各种技术问题，明确今后盾构技术发　制管理等综合技术问题以外，在岩土工程的领域内也存在许多尚　待解决的理论和技术问题。比如，盾构隧道管片设计理论的统　展的方向。　４在路基工程中的应用　４．１　用于软地基处理　结合试验路成功工程经验，目前多条高等级公路及大量的路　网工程的软土地基处理都推广使用土工格室进行处理。使用形　式可分为浅层处理、路面加固、加筋换填及组合型（见图４）Ｅ４］。　本较高。采用土工格室，可直接将土工格室拉开放在沙漠上固　定，然后就地取材填入砂石等，操作简单，施工效率高。施工后路　面可满足各种重型车辆长期使用。　４．４在潮间带道路上的应用　在海滩潮间带筑路，往往需要移山填海式的巨大基建工程，　工程实践证明，使用土工格室加筋处理软土地基，可以较好　而采用土工格室与土工布结合则大大降低了工程难度。将土工　布平铺在海滩上，在上面放置土工格室，固定后放入砂石料经压　地改善填料性质，增强上部结构整体性，有效防止路基发生过大　　变形；大大减小了传至软土地基的附加应力，减小了地基工后沉　实即可成为一条永久性道路。降和不均匀沉降。　利用土工格室制作桥梁差异沉降过渡段，治理“桥头跳车”通　５结语　作为一种新型土工材料，土工格室在我国的工程实践中得到　病效果明显。在路基填挖结合段、半挖半填段，采用强夯加铺土　了广泛应用，但对其加筋结构的作用机理的研究还有待深化，提　　工格室的处理措施，可有效解决挖填连接段路基不同速率沉降层　出实用的工程计算方法并编制相应的规范已成了当务之急。的衔接问题。　参考文献：　４．２用于边坡及堤坝防护　土工格室用于边坡防护时，展开的格室壁形成一层层挡墙，　［１］付志前，姜萍．土工格室加筋垫层施工中应注意的问题［Ｊ］．　建筑技术，２００５（３）：２１０—２１１．　ｓｅｙ：Ｐｒｅｎｔｉｃｅ　Ｈ　１．１９９８．７０９—７１４．　２］ＫＯＥＲＮＥＲ　Ｒ　Ｍ．Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓ【Ｍ　Ｊ．Ｎｅｗ　Ｊｅｒ—　可大大减缓水流流速，避免坡面径流的形成。格室内可填充土　［壤，上面种植绿色植物，可获得较好的绿化效果。另外，土工格室　Ｊ］．合肥工业大　因具有整体性和一定的柔性，可大大弥补片石骨架防护具有的松　［３］刘柱．土工格栅与土工格室加筋机理比较［学学报，２００４（５）：５６７—５６９．　动、塌陷、架空等缺陷。　４．３在沙漠临探路中的应用　沙漠地区地基松散，且人烟稀少，筑路材料匮乏，造成施工成　［４］张胜．土工格室在软土地基处理中的应用与研究［Ｊ］．公路　交通科技，２００４（４）：３７４６．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｅｏｃｅｌｌ　ｉｎ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｓｔｕｄｙ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ－ｊｕａｎ　ＺＨＡ　Ｌｏｎｇ－ｌｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｇｅｏｃｅｌｌ，ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｉｔｓ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｉｔｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏ—　ｃｅｓｓ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｓ　ｓｏｆｔ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｓｌｏｐｅ　ａｎｄ　ｄｙｋｅ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｒｏａｄ—ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎ　ｄｅｓｅｒｔ　ａｎｄ　ｍａｄ　ｉｎ　ｔｉｄｅ　ｇａｔｅ，ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｐｌａｃｅｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐｅｒｆｅｃｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｃｅｌｌ，ｒｏａｄｂｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　收稿日期：２００６—０４—０６　作者简介：李云辉（１９８２一），女，北京交通大学岩土工程专业硕士研究生，北京１０００４４　维普资讯 http://www.cqvip.com

３２　１９・　２４０　・　２　ｏ　ｏ　６　１年　月　　ｏ　曹　．　．　山西建筑　’１　盾构隧道近邻施工现状　１．１　既有盾构隧道将遇到的问题　随着我国城市建设的迅速发展，在土层中正在修建越来越多　的隧道工程，盾构法既适用于城市地下铁道、市政隧道和工业管　道的施工，又可用于穿越水域和山地的公路、铁路、水工和矿山隧　有隧道上，就会大大改变其受力状态，发生变形和移动，严重时可　能造成隧道破坏。对于盾构施工，由于土体变形很大，扰动机理　复杂，盾构施工对邻近隧道的扰动程度很难得到定量的解答。　２．２近距离隧道施工的数值模拟方法　根据有限元和离散元理论，结合具体工程实例进行分析。并　利用大型程序ｕｄａｃ进行模拟和计算。　道的施工。我国自２０世纪５０年代开始采用盾构法隧道以来，已　经修建了多种盾构隧道。盾构施工方法安全、高效，它以机械化　隧道盾构开挖的实际过程有：工作面开挖、衬砌环拼装、盾尾　程度高、适应各种施工恶劣条件能力强的特点，在我国各地区城　同步注浆等几个步骤，每一个步骤都有它独自的特点，必须充分　模拟这些过程，这样才能得出较精确的解答。在用程序对施工过　市修建中得到广泛应用。　城市地铁建设蓬勃发展，地铁网络不断完善、城市地下空间　程进行模拟时，必须考虑土与衬砌结构的共同作用，同时还必须　并对各种　开发利用的规模也不断扩大，进而使得新建盾构法隧道与已建地　考虑土体材料的非线性及施工参数等复杂因素的影响，影响因素进行合理的简化。　铁隧道近距离施工或穿越现象越来越多。但包括盾构法、新奥法　等暗挖法隧道施工过程中，都不可避免的要引起地层变形、周围　３　结语　目前地铁隧道施工中，盾构穿越或近邻既有隧道施工的情况　土层参数的变化以及地下水位的高低等。新隧道盾构在被先期　推进盾构以扰动过的土层中施工时，老隧道将承受第二次的变形　非常普遍，应该充分认识到在地铁隧道施工中将面临的这些问　结合具体工程实践，进行必要的模拟和分析，为后续盾构施工　扰动，而后建隧道盾构施工也必然对老隧道产生影响。由于已有　题，　隧道在设计时未考虑到近邻施工，所以当引起的地层变形、周围　提供有力的参考依据。　土层参数变化以及地下水位高低超过一定的限度时，都将会严重　参考文献：　危及临近隧道的安全。有效的控制好盾构与已建地铁隧道近距　［１］刘建航，侯学渊．盾构法隧道［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，离施工或穿越已有隧道时所引起的土层中的各因素变化，可以确　１９９１．　２］王启耀，郑永来，杨林德，等．挤压式盾构施工对邻近隧道的影　保已建地铁隧道的正常使用和盾构的顺利掘进，这对于我国地铁　［响分析［Ｊ］．勘察科学技术，２００３（５）：４０—４１．　建设和城市地下空间开发利用，具有非常重要的指导作用，并显　３］王启耀，郑永来，凌宇峰，等．近距离双线盾构隧道施工相互影　得非常必要和紧迫，研究隧道间相互作用规律，对于施工中采用　［响的监测与分析［Ｊ］．地下空间，１９９５，２３（３）：４２—４３．　相应措施保护老隧道的安全运行具有重要的意义，对今后类似地　４］京都市地铁超近距离的４座并设盾构隧道工程［Ｊ］．世界隧　铁工程建设亦有重要的参考价值。在工程实践中将会创造巨大　［道，２００１（４）：４７—５５．　的社会效益和经济效益。因此，有必要对其进行深入研究。　［５］李　强，曾德顺．新建隧道垂直穿越已建隧道的计算分析［Ｊ］．　１．２近邻盾构隧道施工的类型　两条隧道有平行施工，新建隧道上穿过已建隧道施工，新建　地下工程与隧道，２【】【）【】（４）：４【】一４１．　隧道下穿过已建隧道施工，新建隧道交叉穿过已建隧道的施工。　近邻盾构隧道施工的这些类型在国内外的实际工程中已经开始　应用并进行了相应的研究。　［６］廖少明，杨俊龙，奚程磊，等．盾构近距离穿越施工的工作面土　压力研究［Ｊ］．岩土力学，１９９８，２６（１）：３０—３１．　［７］张海波，殷宗泽，朱俊高．近距离叠交隧道盾构施工对老隧道　影响的数值模拟［Ｊ］．岩土力学，１９９７，２６（１）：２０—２１．　在日本的京都市内地下采用超近距离的４座盾构隧道的施　８］毕继红，江志峰，常斌．近距离地铁施工的有限元数值模拟　工技术，此项技术在日本尚属首例，由于相互转换掘进，必须考虑　［［Ｊ］．岩土力学，１９９５，２６（２）：６０—６１．　到与以往的单线并设盾构不同的相互干扰所造成的隧道变形和　对地基的影响等。　在上海地铁二号线人民公园站一河南中路站上下行线区间　［９］鞠４１．　杨，徐广泉，毛灵涛，等，盾构隧道衬砌结构应力与变形的　三维数值模拟与模型试验研究［Ｊ］．工程力学，１９９９，２２（３）：４０—　隧道盾构分别于１９９８年５月和７月在地铁一号线运营隧道下方　李文勇．盾构超近距离穿越地铁运营隧道的　穿过，一、二号线两条隧道相距为１　ｍ左右，走向基本正交。保证　［１０］白廷辉，尤旭东，保护技术［Ｊ］．地下空间，１９９８，１９（４）：１０一ｌ１．　２号线两台盾构先后安全顺利地穿越运营中的地铁隧道，是盾构　施工中的一个重要的技术难题。　［１１］朱伟，陈仁俊．盾构隧道施工技术现状及展望［Ｊ］、岩土工　程界，１９９７，ｌ１．　２盾构施工对邻近隧道的扰动机理分析和模拟方法　２．１扰动机理分析　［１２］李强，曾德顺．垂直交叉隧道的计算分析［Ｊ］．建筑技术开　发，１９９７，２８（２）：２５—２６．　先期存在于土体中的隧道，随着时间的发展，周围土体已经　［１３］叶康慨，朱育宏．临近隧道盾构掘进技术［Ｊ］．隧道建设，　或逐渐趋于稳定。邻近隧道的施工将导致土体应力状态的改变，　１９９６，２５（１）：２０—２１．　使周围土体出现卸载或加载的复杂行为，盾构施工作用在邻近已　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｃｌｏｓｅ．ｑｕａｒｔｅｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆａｃｅｄ　ｂｙ　ｓｈｉｅｌｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ＬＩＹｕｎ－ｈｕｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄ—ｔｕｎｎｅｌ’Ｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｎｄｉｃｔｉｏｎ　ｎｅａｒ　ｓｈｉｅｌｄ　ｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄ　ｏｎｓｔｃｕｃｔｒｉｏｎ　ｏｎ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｎｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｎｃｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔＯ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｍｏｒｅ　ｂｒｏａｄＫｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｄｄ　ｔｕｎｎｅｌ，ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　．