超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形分析

超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形分析

唐均利

中铁隧道股份有限责任公司   河南省   450000

摘要：超小净距盾构隧道施工作为一种有效的地下工程施工方法，被广泛应用于既有隧道改造和新建隧道工程中。然而，由于施工过程中存在较大的土体位移和变形，对于既有隧道的变形影响需要进行深入的分析和评估。通过对超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形的分析研究，我们深入了解了超小净距盾构隧道施工过程中对既有隧道变形的影响因素及变形机制。针对这些影响因素和变形机制，我们总结出了一系列监测与预防措施，以最大限度地减少对既有隧道的影响，保障施工安全和工程质量。

关键词：超小净距盾构隧道；既有隧道；变形分析

引言

超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形的分析是一个复杂而重要的课题，通过深入研究和有效应对，我们可以保障施工质量，提高工程安全性，并为后续类似工程的施工提供宝贵的经验与指导。需要注意的是，每个具体工程的情况都是不同的，仅依靠理论和以往的经验无法完全覆盖所有可能的变形情况。因此，在实际工程中，我们还需要根据具体情况进行现场监测和反馈，及时调整和改进施工方案。

1土体变形特点及机理

土体的变形特点主要包括沉降、压缩、侧向位移等。当盾构机施工时，地下土体受到盾构推进力和管片压力的作用，会引起土体的沉降和压缩。盾构推进过程中，土体周围的应力状态发生变化，土体颗粒之间的摩擦力减小，导致土体体积发生压缩，引起压缩变形。此外，盾构施工引起的土体位移还可能导致土体的侧向扩散，尤其在软弱土层或断层附近。土体变形的机理主要涉及土体颗粒之间的排列变化和颗粒间的相互作用。盾构推进施工过程中，土体受到施工荷载的作用，颗粒之间的微观结构发生重排和变形，从而影响土体整体的宏观变形特征。土体的沉降和压缩变形是由于颗粒之间的排列变化引起的，而侧向位移则是由于颗粒间的相互滑移和摩擦力减小所致。土体变形的具体机理与土壤的物理性质、水分状态以及土体的固结性等因素息息相关，需要综合考虑土工参数和施工条件等因素进行研究分析。

2超小净距盾构隧道施工对既有隧道的影响因素

2.1盾构机开挖引起的土体位移

盾构机开挖过程中，施加在土体上的推力和管片压力会引起周围土体的位移。该影响因素受到多个因素的控制。盾构机的施工参数对土体位移具有重要影响。例如，推力大小、盾构机的转速以及刀盘刀具的设计和使用情况等，都会直接影响土体位移的大小。土体的物理力学参数也是影响土体位移的重要因素。土体的强度、固结状态以及土体本身的应力分布都会对开挖引起的土体位移产生影响。此外，盾构机与土体之间的相互作用也是影响土体位移的关键因素。

2.2土体的固结与沉降

超小净距盾构隧道施工过程中，土体的固结和沉降现象普遍存在。土体的固结主要是由于开挖后土体颗粒重新排列形成新的结构，导致土体体积减小。固结过程可能引起土体的初次压缩变形，从而对既有隧道产生一定的影响。土体的固结受到多个因素的综合影响，如土体的颗粒大小和形状、颗粒之间的摩擦阻力、土体含水量等。与固结相伴随的是土体的沉降，它是由于土层的压缩造成的。土体的沉降会导致周围地表和既有结构出现下沉现象，进而对地表设施和管道等产生不可逆的损害。

2.3施工荷载对既有结构的影响

超小净距盾构隧道施工过程中，施工荷载对既有隧道结构产生可见的影响。施工荷载包括盾构机和管片的负荷以及地下水位变化等因素。这些荷载作用于既有结构上，可能导致结构产生变形、开裂或损坏。施工荷载的大小和变化速率、结构的刚度和强度等因素都会影响结构对荷载的响应。此外，地下水位的变化也会引起土体的水力作用，进一步加剧对既有结构的影响。

3超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形的监测与预防措施

3.1了解既有隧道状况与变形特征

在进行超小净距盾构隧道施工前，需要充分了解既有隧道的状况和变形特征。在调查阶段，需要进行详细的现场勘察，获取隧道的结构类型、地质条件、土层特性等相关信息。对于既有隧道，需要考虑其年代、施工方法和材料等因素，以了解其可能的脆弱区域或变形倾向。同时，还要收集历史文献、监测数据和经验资料，以获取更全面的信息。为了更准确地了解既有隧道的变形特征，可以通过非破坏性检测手段，如岩探仪、声纳等，对隧道墙体、顶板、地基等进行全面的检测。通过测绘技术，可以获取隧道内部的平面图、剖面图和立面图，对既有隧道的变形进行可视化展示和分析。

3.2选择合适的监测手段与方法

在监测超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形的过程中，选择合适的监测手段和方法是关键。常用的监测手段包括测量仪器、应变计、位移传感器等。针对超小净距盾构隧道施工的特点，需要选择高灵敏、高精度的监测设备，以实现对既有隧道变形的准确监测。在实际应用中，可以采用多种监测手段的组合，形成立体式监测系统。例如，通过安装水平和垂直位移传感器，可以实时监测隧道周围土体的水平和竖向位移情况；采用应变计可以监测隧道结构的变形情况；使用倾斜仪器可以监测隧道的倾斜量等。通过综合利用多种监测手段，可以全面了解隧道周围土体和结构的变形情况。

3.3进行预测与分析

超小净距盾构隧道施工对既有隧道的变形具有一定的风险，因此在施工前进行预测与分析十分重要。通过前期的调查研究、监测数据分析和数值模拟，可以预测变形趋势，为施工期间的监测与预防措施提供依据。在预测与分析过程中，关键是准确评估施工引起的应力和变形传递机制。这需要结合工程地质调查的数据，了解地层特性、地下水位和地应力分布等情况。同时，还需进行数值模拟，采用有限元或离散元方法，模拟盾构施工过程中的土体变形、强度破坏、结构响应等情况，降低对既有隧道的影响风险。

3.4消除施工引起的水平位移差异

在超小净距盾构隧道施工过程中，由于不同区域受到的盾构推进力和土壤条件的差异，可能会导致隧道周围产生水平位移差异。为了消除这种位移差异，需要采取相应的补偿措施。一种常用的方法是通过合理调整管片的尺寸和安装顺序来保持管片的均匀变形，减小位移差异。根据实际情况，可以对每个区域的管片进行细致的设计，考虑土体应力状态和变形趋势，并合理使用预制梁和补偿梁等特殊管片来调整整体的变形分布。

3.5施工过程的实时监控与调整

通过设立临时监测点位和联网监测系统，可以实时获取土体变形、沉降和结构偏移等数据。这些监测数据可以用于及时评估施工对既有隧道的影响，并根据实际情况进行调整。一旦监测数据发生异常变化，应立即采取相应的纠正措施。例如，根据监测数据，可以调整装荷量或施工速度，并增加支护结构的加固措施，以确保施工的安全和工程质量。

结束语

通过对超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形的分析，我们可以深入了解施工对既有隧道的影响及其机理。结合有效的监测与预防措施，在施工过程中及时进行调整和管理，可以最大程度地减少对既有隧道的不利影响。这样的工作有助于确保施工安全、保证工程质量，为城市交通建设做出贡献。

参考文献

[1]谭章涛,刘东方,李繁华,王晖,李翱.富水承压地层双线平行小净距盾构隧道施工技术[A]2022年工业建筑学术交流会论文集[C].中冶建筑研究总院有限公司,工业建筑杂志社,2022:6.

[2]王怀东,王洋,崔广宇,宋帅,王欢.上软下硬地层中小净距盾构隧道施工引起的地层沉降研究[J].价值工程,2022,41(20):96-98.

[3]霍雅倩.小净距重叠盾构隧道施工顺序选择与变形控制研究[D].安徽理工大学,2022.

[4]安建永,雷海波,尹鸿威,刘泽亮,金昕,杨宁,管晓明.富水砂层超小净距叠线盾构隧道施工安全控制技术[J].隧道建设(中英文),2021,41(S2):503-511.

[5]杜阳平.土压盾构隧道小净距施工处理措施[J].居舍,2021,(22):41-42.