顶管施工对已有隧道变形的可控性分析
顶管施工对已有隧道变形的可控性分析
摘要：为研究顶管上穿地铁区间隧道过程中隧道受力的变化，依据徐州市区奎河综合整治工程
截污主管顶推工程相关的设计及施工资料，采用 GTS 进行三维数值模拟分析，根据施工工
况，分析对既有区间隧道的影响。结果发现，顶进过程中的推力及顶管引起的土体卸载造成区
间隧道的变形，伴随顶管顶进的过程，原有区间隧道的受力及变形会越来越大，当顶管顶进一
定位置时，区间隧道的受力及变形最大。计算结果表明采用顶管施工可以很好的控制隧道的变
形，确保顶管施工期间地铁隧道的结构安全。
关键词： 顶管施工； 区间隧道； 变形；
Abstract:In order to study the change of tunnel force during the process of pipe jacking through
subway tunnel,based on the design and construction data of Kuihe river comprehensive regulation
project in the city of Xuzhou,three-dimensional numerical simulation analysis is carried out by using
GTS,according to the construction conditions,the influence on the existing interval tunnel is analyzed.
The results show that the thrust force during the jacking and the unloading of soil caused by the
jacking cause the deformation of the interval tunnel. Along with the jacking process,the force and
deformation of the original interval tunnel will become larger and larger,the stress and deformation of
the interval tunnel are maximum. The results show that the deformation of tunnel can be well
controlled by pipe jacking construction,and the structural safety of subway tunnel during pipe jacking
construction can be ensured.
Keyword:pipe jacking construction; interval tunnel; deformation;
1 概述
目前，地铁项目建设如火如荼，由于缺少前期与各部门的沟通协调，地铁建设后引起的区间隧
道建设占用的地下空间就会给后期施工的市政管网改造带来麻烦。随着城市版图的扩张，市政
管网改造的工程越来越多，本文根据徐州市区奎河综合整治工程截污主管顶推工程对既有隧道
的受力及变形的影响，为以后顶管施工上穿既有隧道的工程提供类似的经验。
2 工程概况
2.1 工程介绍
截污干管总长度约 3.1 km,截污干管管径为 DN2 000,管节长度为 2 m,壁厚 200 mm,采用预制钢筋
混凝土管节，污水干管顶埋深约为 5 m,地铁 3号线和平路站-淮塔东路站盾构区间在此管道下
方，盾构隧道距离污水干管垂直距离最小为 5 m,盾构隧道顶覆土埋深 12 m.区间盾构段采用隧
道内径 φ5.5 m,外径 φ6.2 m,厚350 mm,环宽 1.2 m 的管片。
2.2 工程及水文地质条件
地铁隧道以北地貌类型为冲积垅状高地，主要由黄河带来的粉砂、粉土堆积而成，标高 36.0
m~42.0 m,两侧形成天然堤坝，高出冲积平原 5 m~10 m;地铁隧道以南为冲积垅状高地、冲积平
原交接带，浅部分布的粉土、粉砂层较薄，下部为第四系中上更新统棕红色含钙核黏土和全新
统棕红、棕黄色黏土构成。
地层从上往下为（1）-1 杂填土、（2）-4-2 黏质粉土、（2）-3a-2 黏土、（5）-3a-4 黏土。地
层参数见表 1.
表1 土层参数
地下水类型按赋存条件分为填土、砂粉土中的孔隙水及灰岩岩溶裂隙中的裂隙岩溶水，按埋藏
条件可分为上层滞水、潜水及承压水。潜水地下水水位埋深 1.10 m~8.30 m,水位标高 29.48
m~39.50 m,受地形起伏及地表水（勘察期间废黄河水位标高 36.0 m,奎河水位标高 29.48 m）影
响较大。
3 区间隧道安全状态评估
本次影响范围内的监测点为GGC-R0160,GGC-R0170,GGJ-R0160,GGJ-R0170（GGC 为隧道拱顶
沉降，GGJ 为隧道净空收敛）；以日为节点的监测数据进行统计，根据现场情况，仅有右线监
测数据，待左线监测数据足够时再进行分析。
根据现有监测数据可以看出，拱顶累计沉降量大值达到 1.5 mm,最大隆起2.0 mm,平均每天变化
速率为0.1 mm/d~0.9 mm/d;隧道拱顶累计沉降值及变形速率均较小，隧道处于基本稳定状态。
隧道处于安全状态。
4 三维模拟数值分析
本文采用有限元软件Midas/GTS 作为计算平台。土体采用摩尔-库仑准则，有限元计算模型的
范围确定为 79 m×73 m×29 m,包括三号线盾构区间左右线隧道以及上穿的顶管隧道，左右线隧
道长 73 m,顶管隧道长 79 m.模型上表面边界取自地表（忽略地表高差变化，取水平面），下表
面边界取自隧道底部以下约 10 m.
数值模拟过程中，为了尽可能达到与实际相符的计算环境，需要对地层及结构进行部分简化和
处理，以适应计算理论和软件，本次计算基本假定包括：
1）初始应力只考虑围岩的自重应力，忽略构造应力的影响；2）所有材料均为均质、连续、各
向同性，土体水平成层分布；3）围岩按摩尔-库仑理想弹性材料考虑，隧道管片均为均质弹性
材料；4）地铁隧道管片不考虑管片与管片之间的连接，只作为整体进行简化分析。
顶管施工采用单元钝化的方式进行模拟，机械荷载等效为均布荷载，施加对应构件表面。
本次模拟分析中，将顶管推进作为一个非连续的过程来研究，假设顶管机一步一步跳跃式向前
推进，每次向前推进的长度为一个管节的长度（2 m），在顶管机尾部衬砌拼装一次性完成，
同时在掌子面上施加均布的土仓压力，大小为原始地层隧道中心位置的侧向静止土压力值，本
次模拟共划分40 个施工阶段，每个施工阶段按照顶推 2 m.
顶管机内土体开挖采用有限元软件Midas/GTS 提供的单元"钝化"功能进行模拟。
4.1 内力分析
通过模型模拟计算，得到一系列结果，可以看出，随着顶管隧道的推进，盾构隧道左线的轴力
在施工阶段3时（过左线隧道前 28 m 左右）开始增加，在施工阶段27 时（过左线隧道后 20 m
左右）达到最大值，之后开始减小。右线在施工阶段6时（过左线隧道前 22 m 左右）开始增
加，在施工阶段33 时（过左线隧道后 32 m 左右）达到最大值，之后基本保持不变。左线轴力
的最大变化量为3.41 k N/m,右线轴力的最大变化量为3.08 k N/m,说明上穿污水干管对盾构隧道
管片轴力的影响较小。
左线隧道盾构管片剪力逐渐增大，右线隧道管片剪力逐渐减小，随着顶管的通过，剪力值趋于
稳定。左线剪力值最大变化量为3.82 k N/m,右线剪力值最大变化量为2.92 k N/m.
左线隧道管片弯矩值有所增加，而右线管片弯矩略微减小。左线隧道管片弯矩值最大变化量为
2.36（k N·m）/m,右线隧道管片弯矩值最大变化量为0.29（k N·m）/m.盾构隧道管片弯矩见图
1.
综上，顶管的推进对左线隧道的影响相对要大，但总体来说对盾构管片的受力影响较小。
4.2 位移分析
随着顶管的推进，左线管片最先受到影响而发生变形，右线管片后发生变形。左线管片在顶管
施工阶段17 时（左线正上方位置），水平和垂直位移增长加快，在顶管施工阶段25 时（过左
线中心线16 m 左右），水平和垂直位移均达到最大值，之后位移减小。右线管片在顶管施工
23 时（右线正上方位置），水平和垂直位移增长加快，在顶管施工阶段33 时（过右线中心线
摘要：
展开>>
收起<<
顶管施工对已有隧道变形的可控性分析摘要：为研究顶管上穿地铁区间隧道过程中隧道受力的变化，依据徐州市区奎河综合整治工程截污主管顶推工程相关的设计及施工资料，采用GTS进行三维数值模拟分析，根据施工工况，分析对既有区间隧道的影响。结果发现，顶进过程中的推力及顶管引起的土体卸载造成区间隧道的变形，伴随顶管顶进的过程，原有区间隧道的受力及变形会越来越大，当顶管顶进一定位置时，区间隧道的受力及变形最大。计算结果表明采用顶管施工可以很好的控制隧道的变形，确保顶管施工期间地铁隧道的结构安全。 关键词：顶管施工；区间隧道；变形；Abstract:Inordertostudythechangeoftunnel...
相关推荐
-
如何制定企业人力资源规划
2023-08-20 166 -
心理契约理论下电力企业员工激励管理研究
2023-08-20 99 -
山东省人力资源开发指标体系实证分析
2023-08-20 141 -
在职人员职业转型中的职业规划探讨
2023-08-20 173 -
人力资源管理激励机制的建立原则
2023-08-20 99 -
信息化技术在人力资源管理中的应用
2023-08-20 125 -
企业绩效管理中存在的问题与改善对策
2023-08-20 132 -
人力资源的组织运作方式筛选
2023-08-20 100 -
新医改下完善医院全面绩效管理的几点对策
2023-08-20 84 -
企业中人力资源管理和企业文化建设的相互作用
2023-08-20 50
作者：闻远设计
分类：课程设计课件资料
价格：2光币
属性：4 页
大小：20.4KB
格式：DOCX
时间：2023-05-18
