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软岩地区新建隧道近接运营隧道建设安全防控措施及应用研研究
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基金项目:云南省教育厅科学研究基金项目(项目编号.2021J0897)
高永禄(1988.10),男,白族,云南昆明人,讲师,本科
摘要:本本文基于某盾构隧道施工背景,利用有限元软件建立三维数值模型进行分析,分析了新建隧道与临近隧道间距、土体泊松比、地层损失率等因素的影响,并对盾构隧道施工过程进行分析。研究表明,新建隧道与临近隧道间距、地层损失率、注浆压力和掌子面压力对新建隧道引起的既有隧道变形有显著影响。
关键词:新建隧道;运营隧道;措施
1?引言
边中国经济的快速发展导致城市交通频繁拥堵,愈来愈多的地铁在寸土寸金的繁华地区修建。传统的矿山法和明挖法对周边环境影响太大,盾构法凭借其优势成为城市修建隧道的首选,这不可避免的造成隧道交叉施工。众多的科研工作者针对该问题做了一系列研究。魏纲等[1]利用数值手段研究了软土地区盾构隧道施工对周边环境的影响,提出了一种预测变形的方法。张琼方等[2]建立三维有限元模型分析了盾构隧道施工引起的既有隧道变形,并提出了相关的控制措施。白文波等[3]和朱蕾等[4]基于现场实测数据,分析了盾构下穿既有隧道引起的既有隧道的变形规律。本文结合某盾构隧道施工的工程背景,分析了盾构隧道施工对近距离既有隧道的影响。研究了新建隧道与临近隧道间距、土体泊松比、地层损失率等因素的影响,
2工程概况
某盾构隧道紧邻既有地铁隧道。该区间起点里程为YK15+722,终点为YK16+833,隧道左右线总长均为1111m。隧道采用土压平衡盾构机进行施工。隧道最外侧直接为6.3m,内径为6m。该盾构隧道拱顶距地表约19.5m。
3模型建立
利用有限元软件建立三维数值模型。模型长166m、宽110m、高37m。上表面为自由边界,四周和底部为固定边界。土体本构模型采用摩尔-库伦模型。该研究区间段主要越穿含砾石粘性土。土层分别为含砾石粘性土(粘聚力35kpa、内摩擦角19°、压缩模量12Mpa、泊松比0.37)、含砾石粘性土(粘聚力16kpa、内摩擦角22°、压缩模量15Mpa、泊松比0.34)和中风化灰岩(泊松比0.34)。管片密度26kg/m3、弹性模量36GPa、泊松比0.26;。注浆体密度24kg/m3、弹性模量0.2GPa、泊松比0.26;盾壳密度79kg/m3、弹性模量200GPa、泊松比0.31;
4影响因素分析
本节主要研究新建隧道与临近隧道间距、土体泊松比、地层损失率和新建隧道与临近隧道夹角对新建隧道引起的临近隧道变形的影响。为此选定一组参照参数:新建隧道与临近隧道间距为5m、泊松比为0.3、地层损失率为0.5%、注浆压力为200kPa、掌子面压力为250kPa。
为研究新建隧道与临近隧道的位置关系的影响,建立四种新建隧道与临近隧道间距工况:2.5m、5m和7.5m、9m(保持其他参数不变,余同)。图4给出了四种不同间距下已有隧道拱顶的变形曲线。从图4可以看出,四种不同间距下的隧道拱顶变形峰值分别为:-13.5mm、-9.5mm、-8.1mm和-7.5mm。可见,已有隧道拱顶变形随着新建隧道与临近隧道间距的增大而减小,但新建隧道对已有隧道的变形影响逐渐减弱。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》(CJJ/T202-2013)规定,区间盾构隧道安全控制指标中水平/竖向位移预警值为10mm。可见,当新建隧道与临近隧道间距小于5m时,既有隧道竖向位移超过规范限值。综合考虑,新建隧道与临近隧道合理间距为5m。
为研究不同地层损失率下新建隧道施工对临近隧道的影响,建立四种不同地层损失率工况:0.5%、1%、1.5%和2%。图5给出了不同地层损失率下已有隧道拱顶的变形曲线。从图5可以看出,随着地层损失率的增大,以后隧道变形迅速增大,且变形增长速率也呈增长趋势。且当地层损失率为1%时,既有隧道竖向变形约为17mm,超过规范限值。综合考虑,合理的地层损失率为0.5%。
为研究不同注浆压力下新建隧道施工对临近隧道的影响,建立四种不同注浆压力工况:100kPa、200kPa、300kPa和400kPa。图6给出了不同注浆压力下已有隧道拱顶的变形曲线。如图所示,注浆压力的提升可以有效控制既有隧道的变形,但随着注浆压力的增大,这种提升效果逐渐削弱。且注浆压力为100kPa工况的隧道竖向变形超过规范限值。综合考虑,合理的注浆压力为200kPa。
为研究不同掌子面压力下新建隧道施工对临近隧道的影响,建立四种不同掌子面压力工况:150kPa、250kPa、350kPa和450kPa。图7给出了不同掌子面压力下已有隧道拱顶的变形曲线。如图所示,既有隧道的竖向变形随着掌子面压力的增大逐渐减小,但减
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