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公路工程杂志在线阅读
富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营隧道加固方案研究
钟可'，傅鹤林”，张加兵’
（1. 长沙市轨道交通集团有限公司，湖南长沙 410000；
（2. 中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075
---文章选自公路工程杂志
[摘要】以长沙地铁 4 号线涞湾镇站－湖南师大站区间在富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营2号线区间为工程背景，采用 Midas/CTS 岩土有限元分析软件，对比分析了地层不加固、超前管棚加固、地表注浆加固、运营隧道内加内箍支撑及 MJS 工法加固等多种方案对既有运营隧道的影响。由于水文地质条件的复杂性、施工过程的不确定性、砂卵石层容易受到扰动、既有运营隧道对变形要求极高等特点，综合比选后采用盾构施工前 MIS 工法加固措施，确保盾构施工及运营线路安全。研究结果及现场施工表明，在富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营隧道，采用 MJS 工法加固措施是极为必要且合理可行的。
[关键词】盾构施工：MJS 工法；已运营隧道；数值模拟
[中国分类号】U 455.4 【文献标识码】A [文章編号〕1674-0610（2018）05-0010-07
Research on the Influence of Ultra-close Shields on Existing
Operated Tunnels in Water and Sandy Boulder Stratum
ZHONG Ke'， FU Helin', ZHANG Jiabing'
(1. Changsha Metro Group Co ., Lud .,Changsha, Hunan 410000, China; 2. School of Civil Engineering,
Central South University, Changsha， Hunan 410075，China)
[Abstract] In this paper, Changsha Metro Line 4 shield tunnel interval between Yingwanzhen
Siation and Hunan Normal University Station in water and sandy boulder stratum bored beneath theexisting operated subway Line 2 as the engineering background, the influence of different protectionmethod on existing tunnels by unreinforced water and sandy boulder layer, lead pipe-roof support,ground pregrouting, steel plate as suport added on internal face of the existing running tunnel and MJSmethod are compared using Midas/CTS geotechnical finite element analysis software. Considering of thecomplexity of the hydrogeological conditions, the uncertainty of the construction process, the tendency todisturbance of the sand and gravel layer, and the extremely small deformation requirement of existingtunnel,MJS method has been adopted to ensure the safety of shield construction and operatedsubways. The reecarch results and field construction show that MJS method is necessary, reasonable and practicable for shield construction beneath existing running tunnel in the water rich sandy cobble stratum.
[Key words]shield construction;MJS method; operation tunnel;numerical simulation
1 概述
深基坑开挖对土体、围护体系及周围环境的安全都会造成极大影响。近些年来，随着我国城市轨道交通建设的快速发展，新建区间隧道下穿既有运营隧道的情况不断增多，到 2050 年仅北京市区轨道交通规划图中，节点车站和地铁区间穿越段的数目就多达118 处"'。既有隧道施工对土体产生第一次扰动，在新建隧道下穿时对土体产生第二次扰动，加剧隧道周边围岩变形，不可避免对一定范围内的运营隧道产生影响，因此研究新建隧道下穿施工对既有运营隧道的影响具有非常重要的意义。
国内外对新建隧道下穿既有运营隧道的影响展开了一系列的研究，主要采用的研究方法有理论分析、数值模拟、模型试验、经验总结等“*。
对于理论方法，部分学者采用简化两阶段分析法研究新建隧道对既有隧道的影响，如 Attewell、Klar 基于 Winkler 地基模型研究新建隧道对上覆既有管道的影响，但 Winkler 模型未能考虑地层变形的连续性；Vorster 基于弹性均质半空间理论，进行隧道开挖对既有地下管道影响的弹性响应分析”'。
岩土结构存在着复杂的本构关系，而有限元在处理这一方面存在着独特的优势，可以考虑复杂地质、不同施工工艺情况下的地层位移及内力变化情况，因此这种方法得到了广泛的应用，也取得了非常多的研究成果。在新建隧道下穿既有隧道方面有胡炜、刘镇、房明等采用三维数值计算方法分析了围岩地质条件、埋深、间距以及顶推压力等因素对地层和既有隧道的影响。
模型试验研究能作为数值计算方法的补充和验证，近些年也取得了较多的研究成果，如 1996年 Kim 研究了平行和上下重叠两类近距离的盾构隧道的影响；2006 年李围、何川以南京地铁下穿公路隧道为背景研究了两重隧道的相互影响;2008、2010 年何川等以广州地铁为工程背景研究了隧道的变位、受力问题。
我国在地铁工程中近距离下穿既有隧道方面积累了丰富的经验，但由于地质情况存在较大差异，所以需要因地制宜。在富水砂卵石层中超近距离穿越既有运营隧道工程相对较少，因此有必要进行研究。本文结合长沙地铁 4 号线滦湾镇站-湖南师大站区间在富水砂卵石地层中超近距离盾构下穿既有运营 2 号线隧道，运用有限元软件对盾构下穿施工对既有隧道的变形规律进行数值模拟分析，并讨论有效控制既有隧道结构变形的主要措施，得出一些有益的结论，可为类似工程设计与施工提供参考。
2 工程概况
长沙地铁 4 号线涞湾镇站-湖南师大站区间为单洞单线盾构隧道，隧道开挖直径 6 m，左右线隧道中心线间距 17 m，下穿区域距离潆湾镇站盾构始发端头 27 m，本区间下穿运营中的轨道交通 2号线涞湾镇－橘子洲区间，平面交角约 65°，下穿里程为 YDK27 +288 ～YDK27 +315（ZDK27 +298~ ZDK27 +325)。本段区间覆土约 18 m，距离 2号线隧道最小净距约 2.86 m， 4 号线涞湾镇站-湖南师大站区间左右线均需先后两次下穿既有 2 号线营隧酒。共4次穿越。4 号线以及2 号线区间隧
轨道交通 4 号线滦湾镇站-湖南师大站区间下」穿2 号线区段地层由上至下依次为杂填土、粉质帮德然斯装带的影响她是分布极为不的该概差别较大。隧道穿越地房中有深厚的砂卵石地层,断层角酥碎裂岩及全、强风化砂岩、泥岩等岩层。隧道平面交叉下穿点距离湘江西側堤岸水平距离约 500 m，地下水主要分布在冲积圆砾中，含水层与潮江存在直接水力联系。属强透水层，含水题大，对工程建设有较大影响。
基岩裂歌以风化节理裂隙和原生张裂欧为主，裂隙多呈张开状态，表现为钻探时漏水严重；部分被泥质填充。因此地下水在基岩中的赋存量较大，迳流条件软好，透水性较强。」
4 号线以及2 号线区间隧道剂面关系以及地质既有运营隧道变形控制标准的确定根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》(CJJT202-2013)，并结合国内已有很多成功穿越运营地铁隧道的工程经验，本区同穿越既有 2 号线运背隧道控制标准为：
a.隧道水平位移、竖向位移及径向收敛控制值 10 mm，预警值 5 mm；
b.隧道变形曲率半径≥15 000 m，隧道变形
c盾构管片接缝张开量控制值 2 mm，预警值I mm;
d.轨道变形控制值：轨道竖向变形±4 mm。
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