新建盾构隧道近距离上跨既有隧道的变形控制技术

doi:10.11988/ckyyb.20231220

摘要/Abstract

摘要：

东莞市地铁1号线新建盾构隧道以1.73 m的极小净距离上跨已营运的莞惠城际隧道,新隧道上、下半圆分别位于全、中风化花岗岩中。此外,在新隧道盾构路径上存在原隧道施工时遗留的若干锚索,对盾构机运行存在重大安全影响。为了保障盾构施工安全及严格限制新隧道施工对既有隧道的影响,采取多方面的控制措施,包括通过试验段和数值模拟优选掘进参数、预先进行地层注浆加固、停机开仓法切割锚索、位移监测等。最终,盾构上跨施工顺利完成,监测显示地层和既有隧道的位移控制取得了良好的效果。通过对该工程的施工控制技术进行较全面的介绍,可为今后类似工程提供借鉴。

关键词: 盾构隧道, 花岗岩, 既有隧道, 锚索, 变形控制

Abstract:

The new shield tunnel for Dongguan Metro Line 1 was constructed with an extremely small clearance of 1.73 meters over the existing Dongguan-Huizhou intercity tunnel. The upper and lower semicircles of the new tunnel are situated in fully and moderately weathered granite, respectively. Moreover, the shield path of the new tunnel encountered residual anchor cables from the existing tunnel, posing a significant threat to the shield operation. To ensure shield operation safety and minimize the impact of new tunnel construction on the existing tunnel, multiple control measures were implemented after specialized research. These measures included optimizing shield excavation parameters through trial interval tunneling and numerical simulation, reinforcing the overburden soil layers with pre-grouting, cutting anchor cables using a newly developed method of “shield stop-silo open-manual cutting”, and conducting in situ displacement monitoring. The construction of the new tunnel was successfully completed, and monitoring data show that displacement control was effective. This paper comprehensively details the construction control technologies used in this project, which should be valuable for similar future projects.

Key words: shield tunnel, granite, existing tunnel, anchor cable, deformation control

中图分类号:

U455

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图/表 16

图1 地铁1号线与既有莞惠城际隧道位置关系

Fig.1 Position relationship between Metro Line 1 and the existing Dongguan-Huizhou intercity tunnel

图2 试验段盾构参数及地表沉降变化过程(右线)

Fig.2 Variation processes of shield tunneling parame-ters and ground surface settlement at test section (right line)

表1 遇到的锚索位置

Table 1 Positions of encountered anchor cables

锚索编号	图纸锚索桩号	实际桩号
1^#	ZDK20+142.22	ZDK20+142.62
2^#	ZDK20+143.84	ZDK20+144.13
3^#	ZDK20+145.46	ZDK20+145.75
4^#	ZDK20+147.08	ZDK20+147.20
5^#	ZDK20+148.70	ZDK20+149.12
6^#	ZDK20+149.54	ZDK20+149.51
7^#	ZDK20+150.32	ZDK20+150.56
8^#	ZDK20+151.16	ZDK20+151.38
9^#	ZDK20+152.78	ZDK20+152.65
10^#	ZDK20+154.40	ZDK20+154.53
11^#	ZDK20+156.02	ZDK20+156.18
12^#	ZDK20+157.64	ZDK20+157.88

表2 5#、6#锚索处理情况

Table 2 Treatment of 5# and 6# anchor cables

开仓原因	开仓方式	开仓时间	开仓位置	进仓作业人数	开仓作业内容
5^#锚索,里程ZDK20+148.7;6^#锚索,里程ZDK20+149.54。刀盘到达锚索区,出现掘进参数异常,扭矩波动大,掘进速度慢	常压	2021年 12月20日 10:35至 2021年 12月20日 12:01	左线1307 环行程 1 857 mm, 对应刀盘里程 ZDK20+ 150.112	3人	①更换单刃滚刀1把;②用砂轮切割机切断2根掌子面锚索(5^#、6^#)

图3 锚索切割照片

Fig.3 Photo of cable cutting

图4 地层-结构整体三维有限元模型

Fig.4 Integral three-dimensional finite element model of soil strata and structures

图5 结构有限元模型

Fig.5 Structural finite element model

表3 土层物理力学参数

Table 3 Physical and mechanical parameters of soil strata

土层名称	重度 $γ$ / (kN·m^-3)	黏聚力 c/ kPa	内摩擦角 $φ / (°)$	弹性模量E/ GPa	泊松比 $μ$
①素填土	18.20	10	15	0.015	0.35
②硬塑砂质黏性土	18.64	16	26	0.022	0.33
③全风化花岗岩	19.10	30	28	0.200	0.29
④中风化花岗岩	25.40	400	35	20.000	0.25
⑤微风化花岗岩	25.97	1 200	40	30.000	0.22

表3 土层物理力学参数

Table 3 Physical and mechanical parameters of soil strata

土层名称	重度 $γ$ / (kN·m^-3)	黏聚力 c/ kPa	内摩擦角 $φ / (°)$	弹性模量E/ GPa	泊松比 $μ$
①素填土	18.20	10	15	0.015	0.35
②硬塑砂质黏性土	18.64	16	26	0.022	0.33
③全风化花岗岩	19.10	30	28	0.200	0.29
④中风化花岗岩	25.40	400	35	20.000	0.25
⑤微风化花岗岩	25.97	1 200	40	30.000	0.22

表4 结构材料参数

Table 4 Physical and mechanical parameters of structures

材料名称	弹性模量 E/GPa	重度 $γ$ / (kN·m^-3)	泊松比 $μ$	厚度或直径/mm
盾壳	212.0	76.93	0.16	40
管片	29.3	24.40	0.25	350
既有隧道内立柱	34.5	25.00	0.22	600

表4 结构材料参数

Table 4 Physical and mechanical parameters of structures

材料名称	弹性模量 E/GPa	重度 $γ$ / (kN·m^-3)	泊松比 $μ$	厚度或直径/mm
盾壳	212.0	76.93	0.16	40
管片	29.3	24.40	0.25	350
既有隧道内立柱	34.5	25.00	0.22	600

图6 地表沉降横断面监测点布置示意图

Fig.6 Layout of cross-sectional surface settlement monitoring points

图7 既有隧道自动化监测断面布置

Fig.7 Plane layout of automatic monitoring section of existing tunnel settlements

图8 既有隧道自动化激光测点布置示意图

Fig.8 Layout of automatic laser measuring points in existing tunnels

图9 道床(轨面)和侧壁监测点安装

Fig.9 Installation of track bed (rail surface) and side wall monitoring points

图10 上跨区域地表沉降槽曲线

Fig.10 Surface settlement trough at the area of shield tunnel overcrossing the existing tunnel

图11 数值计算的既有隧道断面15-15竖向位移分布

Fig.11 Numerically calculated vertical displacement of No.15-15 section of the existing tunnel

图12 既有隧道左线和右线监测点竖向位移过程

Fig.12 Vertical displacement processes of the left and right line monitoring points of the existing tunnel

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