彭凯
四川康藏路桥有限责任公司 四川 雅安 625000
摘要：针对盾构隧道近距离穿越既有地铁车站的稳定性研究，本文以深圳某盾构地铁施工为工程背景，采用三维有限元软件模拟了隧道施工全过程，主要研究了泥水压力影响。研究表明：增大泥水压力可以有效控制隧道的位移，随着泥水压力进一步增大，这种影响逐渐减小，车站的位移则根据埋深而变化，越靠近隧道的部分沉降变化越大。
关键词：盾构隧道；既有车站；变形规律；数值模拟
1引言
盾构法是隧道及地下工程施工中常用的方法之一，可用于各类软土地层以及硬岩地层条件的隧道施工，在市区地下施工中尤为重要[1]。盾构法施工因其不影响地面交通、施工占地面积小、机械化程度高、施工速度快等优势在城市隧道修建中得到广泛应用，但盾构隧道掘进施工过程中，仍不可避免的会对地层造成扰动，引起地表沉降和周边建筑结构变形，进而影响轨道交通正常运行甚至安全[2-3]。因此，对穿越过程中既有地铁车站沉降变形机理才能正确分析既有车站的变形规律的研究十分必要，并据此提出有效变形控制措施。
本文主要依托深圳地铁14号线黄木岗站～清水河站区间地铁工程，利用三维有限元软件Plaxis 3D对大直径盾构隧道掘进过程进行数值模拟，通过研究确定最佳的防护措施方案,以技术指导其实践。
2工程概况
深圳地铁14号线工程黄木岗站～清水河站区间，区间自黄木岗站出发后，沿泥岗西路地下敷设，侧穿笔架山人行天桥、侧穿泥岗立交匝道挡墙，侧穿泥岗上步立交桥桩、下穿6号线银八区间、下穿泥岗路地下通道、侧穿泥岗人行天桥桥桩、下穿泥岗宝岗立交路基段、原清水河铁路、宝岗立交北行匝道、侧穿中实话深长加油站、下穿罗湖保安公司7层办公楼住宅楼、下穿红岗公园地块及清水河变电站高压电塔，下穿厂房后北向进入清水河五路到达清水河站。黄木岗站至清水河站区间长度约3900m。隧道所处地层主要为粘土、粉质粘土、粉土、砂性土。隧道大部分位于粉质黏土层和细沙层中，且主要在粉质黏土层中，该地层非常适合盾构掘进。
3盾构穿越既有车站的数值分析
3.1有限元模型的建立
图1为隧道的整体模型图。两隧道直径为10m，总长150m，轴线间距23m，埋深为20m，
既有地铁上部10m为既有车站结构。三维模型尺寸为200m×160m×60m。模型土层本构采用摩尔库伦模型。
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隧道衬砌护壁采用C50混凝土，厚度为0.5m，重度为15.5kN/m3，弹性模量为3.45×107kPa，泊松比为0.2；盾构机护壁为0.17m厚，重度为247 kN/m3，弹性模量为2×108kPa，泊松比为0.3。
4数值结果分析
分别研究了三种泥水压力工况下隧道总位移云图，泥水压力分别取p=100kPa、p=200kPa和p=300kPa。研究表明，当泥水压力为100kPa时，隧道内的最大位移约为14.0mm。当泥水压力增大到200kPa时，隧道内的最大位移减小了约20%，大约减小至11.5mm。当泥水压力为300kPa时，隧道内的最大位移较泥水压力为100kPa减小了约25%。因此，增大泥水压力可以有效控制隧道的位移。
图2为三种工况下车站结构竖向位移云图。模型的整体位移主要产生于隧道周边，且隧道出入口附近的位移相对来说更大；车站的位移则根据埋深而变化，越靠近隧道的部分沉降变化越大。在不同的泥水压力下，各模型之间的整体位移相差了0.5mm，车站最大位移则相差1mm。
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5结论
本文结合盾构隧道近距离穿越既有地铁车站的工程背景，采用有限元软件对地铁盾构隧道全过程进行了数值模拟。主要研究了泥水压力影响。研究结果表明，当泥水压力为100kPa时，隧道内的最大位移约为14.0mm，当泥水压力增大到200kPa时，隧道内的最大位移减小了约20%，当泥水压力为300kPa时，隧道内的最大位移减小了约25%。增大泥水压力可以有效控制隧道的位移，随着泥水压力进一步增大，这种影响逐渐减小。
参考文献：
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[3] 邵华，张子新．盾构近距离穿越施工对已运营隧道的扰动影响分析[J]．岩土力学，2004，25(2)：545-549．
作者简介：彭凯，联系地址：成都崇州市羊马镇恒大银海湖9幢703，邮编：611200，