【摘要】：南京某地下步行通道采用非開挖頂管法施工,頂管近距離穿越既有地鐵區(qū)間隧道及城市主干道。為了保證隧道及主干道安全,施工前建立三維有限元計算模型,模擬施工全過程,預(yù)測施工可能引起的隧道及地表變形。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果提出針對性控制措施,并制定合理的監(jiān)測方案,分別對隧道豎向位移、水平位移、徑向收斂和地表隆沉進行監(jiān)測�；诒O(jiān)測數(shù)據(jù)分析隧道及地表變形規(guī)律,明確頂管施工期間隧道及地表變形的3個不同發(fā)展階段。研究表明:隧道豎向位移主要表現(xiàn)為隆起,由通道內(nèi)出土卸荷所引起,工作井基坑開挖對其影響幾乎可以忽略;頂管施工過程中,下覆隧道豎向位移先后經(jīng)歷了初始下沉、隆起增強和隆起穩(wěn)定3個階段,地表豎向位移先后經(jīng)歷了隆起增強、隆起減弱和沉降3個階段;同一監(jiān)測斷面內(nèi),地表最大沉降位于通道中心軸線上方,距離通道越遠沉降越小;采用微欠挖工藝有效控制了隧道最終隆起和地表最終沉降。
【圖文】：

9)(25.2)(.12)(1.05)(0.95)(0.89)(0.80)(3.45)(3.53)(4.01)(11.04)(11.77)(3.4)(5.3)(13.9)(20.2)1(28.4)(32.8)(37.3)圖2土層基本物理力學(xué)參數(shù)Fig.2Physicalandmechanicalparametersofsoils2.3施工進度從2015年6月24日第1節(jié)管節(jié)頂入至2015年7月21日通道全部頂通，歷時28d。其中，7月17～20日由于接收井洞門破除，未進行頂進施工，實際工作時間僅24d，平均日頂進量約為4m。7月3日，頂管機穿越下行線隧道；7月12～13日，頂管機穿越上行線隧道。3數(shù)值模擬研究3.1數(shù)值模型建立圖3為三維有限元計算模型，其中X方向為地鐵隧道走向，Y方向為頂管頂進方向，Z方向為基坑開挖方向。為消除尺寸效應(yīng)的影響，自始發(fā)井和接收井基坑邊界向四周延伸3倍的基坑開挖深度，模型長210m、寬190m、厚80m。為了方便下文表述，把始發(fā)井基坑稱為基坑I，下沉式廣場前期施工部分成為基坑II，后期施工部分稱為基坑III。圖3有限元計算模型Fig.3Finiteelementmeshes為減少計算過程中網(wǎng)格畸變，并提高計算的精度，網(wǎng)格采用“四面體+六面體”混合網(wǎng)格。分別采用實體單元、板單元和梁單元模擬地基土層、地連墻、基坑內(nèi)水平支撐及立柱。模型四周設(shè)置為X方向或Y方向的單向約束，模型底面設(shè)置為X，Y，Z三個方向的固定約束，頂面為自由面，允許其自由變形。根據(jù)頂管施工專項方案，模擬時把掘進面壓力(P=120kPa)簡化為矩形均布荷載施加在頂管機前方矩形開挖面上，且在頂進過程中保持不變。3.2計算參數(shù)選取土體本構(gòu)采用莫爾 庫侖本構(gòu)模型，，各參數(shù)見表1。基坑坑底3m范圍內(nèi)采用三軸攪拌樁進行加固，固化土28d無側(cè)限抗壓強度不低于1.0MPa，因此加固土的彈性模量可取120MPa[18]。基坑地連墻、水平支撐及立柱、隧道及頂

測內(nèi)容及方案為了利用現(xiàn)場反饋的實際信息優(yōu)化施工參數(shù)、指導(dǎo)施工，以及驗證前述隧道及地表變形控制措施的有效性，需要對隧道及地表變形進行監(jiān)測。根據(jù)前述數(shù)值模擬結(jié)果，頂管穿越隧道邊線之前，對隧道變形的影響很小，隧道變形主要發(fā)生在頂管穿越隧道及穿越后的一段時間內(nèi)，但地表沉降從頂管一開始頂進至通道完全頂通就始終存在。因此，制定監(jiān)測方案時充分考慮了這一變形特點，分別在合理的時間段內(nèi)對隧道和地表變形進行監(jiān)測。5.1隧道變形監(jiān)測監(jiān)測儀器采LeicaTM30精密監(jiān)測機器人、L型迷你小棱鏡、360°棱鏡等，如圖7所示，其中精密監(jiān)測機器人測角精度0.5，測距精度2+2ppm，即使隧道管片發(fā)生細微的變形也能被及時感知。監(jiān)測頻率為1次/d。棱鏡監(jiān)測機器人圖7隧道變形監(jiān)測儀器Fig.7Photographofmonitoringinstrumentsintunnel從2015年7月1～8日對下行線隧道變形進行自動化監(jiān)測。隧道內(nèi)共布設(shè)14個監(jiān)測斷面，斷面編號為DGX***。其中，通道正下方隧道內(nèi)加密監(jiān)測斷面的布設(shè)，每一節(jié)盾構(gòu)管環(huán)布設(shè)1個監(jiān)測斷面，通道邊線以外每2環(huán)布設(shè)1個監(jiān)測斷面。監(jiān)測斷面以頂管頂進軸線為中心兩側(cè)對稱布置，通道中心軸線南側(cè)由近至遠分別為DGX1～DGX11，中心軸線北側(cè)由近至遠分別為DGX+1～DGX+11，如圖8所示。DGX+11DGX+09DGX+07DGX+05DGX+03DGX+02DGX+01DGX－01DGX－02DGX－03DGX－05DGX－07DGX－09DGX－11DGS+11DGS+09DGS+07DGS+05DGS+03DGS+02DGS+01DGS－01DGS－02DGS－03DGS－05DGS－07DGS－09DGS－11頂管通道始發(fā)井接收井下行線上行線圖8地鐵隧道監(jiān)測斷面布置圖Fig.8Layoutofmonitoringsectionsofmetrotunnels從2015年7月9～27日對上行線隧道變形進行自動化監(jiān)測，上行線同樣?
【作者單位】： 東南大學(xué)巖土工程研究所;東南大學(xué)江蘇省城市地下工程與環(huán)境安全重點實驗室;中鐵二十三局集團第一工程有限公司;
【基金】：國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFC0800201) 江蘇省研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃項目(KYCX17_0151)~~
【分類號】：U456

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本文編號：2536233