近接多孔隧道施工引起的地表变形分析

JanuryNo.12011

近接多孔隧道施工引起的地表变形分析

徐海清，李振伟，傅志峰，杨军锋，陈

3宏润建设集团股份有限公司武汉分公司，湖北武汉430022）

摘

要：论文针对复杂多孔近距离盾构隧道的施工问题，分析了隧道动态施工对地表的影响程度和范围，为近距离

1

2

1

3

梁

2

（1武汉地铁集团有限公司，湖北武汉430030；2北京城建设计研究总院有限公司，北京100037；

多孔隧道的设计和施工提供参考。关键词：多孔隧道；动态施工；地表沉降中图分类号：U455文献标识码：A一、工程概况

由于换乘的需要，武汉地铁二号线一期工程和四号线一期工程在中南路站和洪山广场站之间的区间隧道呈复杂的空间交叠状态（图1），最小净距仅1.5m，使区间隧道的设计与施工十分复杂。洪山广场站～中南路站区间隧道左线总长

1399.330m，右线总长1397.350m。

图1两条线路走向图

二、计算模型

由图1可见，单条线路的左线（右线）长度达700m，无法建立整体的计算模型，需分段分别进行计算。本文以靠近中南路端的四孔隧道相互平行的区段作为研究对象，其横断面图和有限元模型图见图2和图3所示（其中2R、2L、4R、4L分别表示2号线和4号线的左线和右线），图4为隧道空间分布示意图，其中2R与2L的水平净距仅2.0m。

其中，横向计算宽度为80m，纵向计算长度为60m，深度40m。

图2隧道横断面图（单位：m）2R

2L

4R

4L

图3

有限元计算模型

收稿日期：2010-10-25

作者简介：徐海清，武汉地铁集团有限公司。

文章编号：1006-7973（2011）01-0203-02

图4隧道空间分布图

三、计算结果分析

本次计算分析主要是分析四孔隧道在整个开挖过程中地表的变形特征。目前初步拟定的施工顺序为2R—4R—2L—

4L。

1．地表纵向沉隆曲线

由于整个计算模型是对称的，且2R为最先开挖的隧道，因此，本文仅给出了2R隧道中轴线对应地表的沉隆曲线，横截面取隧道纵向正中的横截面。图5为对应地表的沉隆值随隧道动态施工的变化曲线。

图5

2R中轴线对应地表沉隆曲线

由图可见：

（1）2R开挖时，地表沉降量为1.4cm，再开挖4R时，

地表沉降量为1.5cm，这是由于二者中心线相距约22m，因此4R开挖对2R中心线对应地表的沉降影响不大；

（2）开挖2L时，由于2R与2L中心线相距仅约8m，

因此，地表变形显著增加，从1.6cm增至2.4cm，表明近

距离施工扰动显著；

（下转第206页）

206

中国水运

第11卷

m20.0m/

量降18.0A1测线沉

计16.0累

14.012.010.08.06.04.02.00.04-19

4-26

5-3

5-10

5-17

5-24

5-31-2.0

日期

图5家乐福侧1#导洞第2榀拱顶累计沉降曲线图

由表2可知，隧道衬砌结构受力非常大，表明隧道开挖后围岩压力除了自撑力之外，全部作用于维护结构上，其强度能否满足围岩变形要求直接关系到隧道的安全性。

表2

收敛速率最值、累计值表

量测断面

测线编号

本周收敛速率累计收敛备注

最值（mm/d）

量（mm）

家乐福侧主通道1#导洞第2榀

1、“+”表示收敛；

1#导洞第6榀-0.25-1.76“-”表示扩张2、1#导洞第13榀-0.28-1.12收敛速率限值为1#导洞第19榀-0.68-2.563mm/d，累计收敛2#导洞第2榀

-0.62-0.86限值为30mm华联侧主通道

1#导洞第2榀-0.77-6.17本月指5.28-6.28

1#导洞第8榀0.81-2.821#导洞第14榀-0.74-2.491#导洞第29榀-0.52-0.811#导洞第40榀-0.56-1.001#导洞第50榀-0.56-1.002#导洞第2榀-0.79-1.262#导洞第12榀

-1.06

-0.07

（上接第203页）

（3）再开挖4L时，4L与2R中心线相距约14m，2R中心线对应的地表沉降有一定增幅，最终沉降量为2.6cm；

（4）地表较大沉降主要发生在盾构机刀盘到达以及通过监测断面前后的1.0-2.0D范围内（D=6.1m为盾构机外径）；

（5）虽然该区段隧道中心埋深较浅，约14m，但由于4号线相距2号线比较远，4号线对2号线的施工扰动很小，因此，最终的地表累积沉降仍在规范规定的范围之类。

2．地表横向沉降槽

图6为模型纵向正中横截面上地表横向沉降槽随隧道掘进的变化曲线。由图可见：

（1）仅开挖2R时，地表沉降以2R中心线为对称轴对称分布；

（2）再开挖4R时，在2R与4R隧道中心线对应地表处均出现较大沉降，但相对仅开挖2R的曲线而言，地表沉降的增量很小，主要原因是2R与4R中心线的距离较大，相互施工的影响较小；

（3）再开挖2L时，地表沉降急剧增加，达到了2.6cm，由于有4R开挖的影响，这时曲线并不以2L中线对称分布，但最大值对应2L的中心线；

（4）隧道开挖引起的地表最终沉降为2.8cm，没有超

（4）隧道底部及侧壁受力分析

由表2可知，下台阶开挖，地应力释放，岩体向临空面回弹，底板所受剪应力较大，位移也较大。因此施工中应合理设置仰拱并及时进行加固处理，减小隧道底臌对隧道结构的影响。收敛值判断其拱脚处应力集中，属不稳定区域，故施工中衬砌结构设为曲线形，可保证其受力均匀，防止发生局部破坏。隧道直墙拱脚附近σx最大，即侧向受力较大，为施工薄弱部位，应重点加固，施工中应设置锁脚砂浆锚杆，防止水平变形过大。

五、结论

软岩体中进行浅埋隧道开挖引起应力重分布及岩体的变形、移动，对周围环境造成较大影响，本文通过采用有限元法与有限差分法的软件对浅埋隧道穿越路面及高架桥墩之间

的隧道开挖施工过程进行了模拟计算，由以上结果分析，表明在浅埋隧道穿越楼房基础施工中采取“强支护、短开挖”的支护原则对控制地表及围岩变形是有效的。

参考文献

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出版社，1996.

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结构计算[J].世界隧道，1999，（2）：20-24.

[5]李世辉.隧道围岩稳定系统分析[M].北京：中国铁道出版

社，1991.

出3.0cm的限值；

（5）施工时受影响的地表范围最终为两侧各40m（约7D）左右。

图6地表横向沉降槽随隧道开挖的变化曲线四、结语

近距离多孔隧道施工时由于土体受到多次扰动以及相互之间的影响，是个非常复杂的力学行为。目前国内外针单孔、双孔甚至三孔隧道的计算分析较多，而针对四孔隧道的计算分析很少，而本文针对新出现的四孔近距离隧道，计算分析了动态施工时地表的变形规律。计算分析结果可为四孔近距离隧道的设计和施工提供参考。