1工程概况
北京地铁十号线三元桥站～亮马河站盾构区间在东三环北路临近南小街8号楼，该楼为住宅楼，筏基，其上部为壁板式结构。该楼变形控制标准为:整体倾斜允许值宜控制在0.001以内，且临街外墙下基础的最大沉降量应小于10mm。区间隧道与楼房的平面关系见图1。
图1 区间隧道与楼房的平面关系图
为使工程建设不危及楼房安全，在左线隧道已施工完成的情况下，对原线路方案进行了如下调整:右线向左线方向平移调整，使其在南小衔8号楼处隧道与楼房最小净距由3.7m增加至7.2m，减小盾构推进对该楼的影响，而盾构隧道左右线最小净距则由5.2m减小到1.7m。
右线隧道与楼房距离的增加减小了楼的风险，但带来了新的问题:左右两条盾构隧道距离过近，并且小间距平行距离长，其中两隧道间净距小于2m的长度达 80.1m，净距小于0.5D(D为隧道外径)的长度达到了237.5m，突破了《地铁设计规范》(GB50157-2003)隧道间净距不宜小于1D的 规定，尤其是左线隧道在没有任何加强处理的情况下已施工完成，这种情况下如此小间距、长距离双线平行盾构隧道的设计和施工在国内尚属首次。
区间在南小街8号居民楼附近，两线隧道间距离渐变为1.7m，再逐渐增大，由于隧道间距不同，与楼房的关系不同，因此，在不同情况下如何区别对待采取不同保护措施，既能保证安全又能经济合理。经过设计分析研究，采取了如下隧道内加固措施:
(1)隧道净距小于等于3.0m地段采用先行(左线)盾构隧道内架设内支撑+左右线盾构隧道外侧地层打设注浆管注浆加固地层的措施;
(2)隧道净距大于3.0m且小于等于4.0m地段采用左右线盾构隧道外侧地层打设注浆管注浆加固地层的措施;
(3)隧道净距大于4.0m地段通过合理调整后行(右线)盾构机推进参数，尽量减小对先行(左线)隧道的影响，不采取辅助加固措施。先行(左线)隧道内的钢支撑及注浆加固均需在后行(右线)盾构机到达前施作完成并满足相应的刚度和强度。
不同加固措施平面布置见图2。先行(左线)盾构隧道内架设内支撑设计图及现场实施情况见图3。左右线盾构隧道内注浆管布置见图4。
根据设计要求，在两线隧道临近施工过程中，选取了两线隧道间距最小处、隧道内加固措施变化处等典型横剖面对先行隧道内架设的临时钢支撑轴力进行了全程监测。
2研究方法
通过监测来指导设计、施工，关键是要分析需要监测哪些结构，监测什么内容，监测数据如何用，如何根据监测的结果来判断隧道结构的受力状态，支撑架设什么 情况下可以拆除等。通过调查国内外对小间距盾构隧道施工的研究现状，综合进行分析研究，针对本工程首先提出了“小间距平行盾构隧道施工相互影响的计算方 法”。即根据盾构施工的特点，对先行隧道某一横剖面而言，后行隧道推进对其影响的全过程为:初始状态(后行隧道距离该横剖面较远)→侧向挤压状态(后行隧 道盾构刀盘接近该横剖面)→侧向卸载状态(后行隧道盾构机通过并离开该横剖面)→临时钢支撑拆除。此过程是一个完整的连续过程。本文的计算方法基于盾构隧 道设计中常用的修正惯用法，并结合分步叠加法，分析双线盾构隧道小间距、长距离并行施工条件下，后行盾构对先行隧道典型横剖面的环向内力的影响全过程。
图2 盾构隧道加固平面图
图3 先行(左线)盾构隧道架设钢支撑段剖面及现场情况图
图4 左右线盾构隧道内注浆管布置图
同时，对于盾构隧道而言，在地层比较均匀的地段、正常使用状态下，纵向内力主要为轴力，弯矩及剪力均很小。但在双线盾构隧道小间距、长距离并行施工条件 下，后行盾构对先行隧道的挤压作用和单侧卸载作用会使现行隧道纵向承受一定的弯矩和剪力。因此，还应分析先行隧道纵向的内力变化情况。分析采用弹性地基梁 模型计算后行盾构对先行隧道的挤压作用和单侧卸载作用，分别得到挤压作用和单侧卸载作用下先行隧道纵向的弯矩和剪力。
通过分析发现，临 时钢支撑的轴力能够将隧道所受荷载与隧道内力联系起来，由此提出了通过监测临时钢支撑轴力，进行反分析得到隧道结构的受力状态的方法:根据实测的先行隧道 典型横剖面的钢支撑轴力，按照上述后行隧道推进对先行隧道某一横剖面的影响全过程的分析思路，反算得到后行隧道推进先行隧道某一横剖面先挤压后卸载之后的 荷载，再按照初始状态(后行隧道距离该横剖面较远)→侧向挤压状态(后行隧道盾构刀盘接近该横剖面)→侧向卸载状态(后行隧道盾构机通过并离开该横剖 面)→临时钢支撑拆除全过程分析方法计算得到先行隧道该横剖面的最终内力，即得到了隧道典型横剖面的环向内力。同时，根据得到的先行隧道某一横剖面受后行 隧道作用的荷载，采用上述盾构隧道纵向的内力分析方法，可得到先行隧道纵向的内力。
3研究内容
3.1监测结果及分析
根据实际工程监测点布置，两盾构隧道净距最小的监测断面为左线隧道1287环，平面位置见图5。1287环的监测结果见图7。其中，测点2、4、6为水 平钢支撑结果，测点1、3、5为竖向钢支撑结果。根据监测结果，2006年8月30日为最后一次读数，此时右线盾构机已离开1287断面75m，时间已过 去7d，所以取此时的读数进行分析。
图5 两盾构隧道净距最小的监测断面平面布置图
图6 隧道内钢支撑轴力测点布置图
2006年8月30日1287环水平钢支撑测点2、4、6的轴力分别为6.37t、7.65t、8.2t(均为压力)，竖向钢支撑测点1、3、5的轴力 分别为0.79t(拉力)、0.24t(压力)、0.98t(拉力)，考虑到测量误差，分别取各测点的平均值，即水平钢支撑的平均轴力为7.4t(压 力)、竖向钢支撑的平均轴力为0.5t(拉力)。考虑到此种支撑体系主要承受压力，受拉之后即与管片脱开，所以可认为竖向钢支撑在此状态下不起作用，主要 是水平钢支撑起作用。
图7 左线盾构隧道1287环钢支撑轴力随时间和右线盾构机距离监测结果
从图6中可以看出，后行盾构机到达左线1287环之前，1287环水平和竖向钢支撑的轴力均没有显著变化;当后行盾构机到达左线1287环时，水平钢支 撑的压力明显增加，并当盾尾通过1287环时水平钢支撑的压力达到峰值;随着后行盾构机通过1287环后距离的增加，水平钢支撑的压力有一定的减小。竖向 钢支撑的变化规律与水平钢支撑趋势基本一致，只是变化幅度较小。
造成这一现象的原因可能是:后行盾构机到达并通过左线1287环时，对 左线隧道产生了较大的挤压作用，这种挤压作用不仅有盾构刀盘的作用，还包括盾尾注浆的作用。当盾尾注浆压力很大时，对先行隧道产生的挤压作用更为显著。本 工程中为了严格控制地面沉降、保证楼房安全，盾尾注浆压力控制得较大(最大0.6MPa)，盾尾通过1287环时水平钢支撑的压力达到峰值(最大 13.3kN);当盾尾通过1287环后，盾尾注浆对先行隧道的挤压作用逐渐减小，同时后行隧道的开挖对先行隧道的单侧卸载作用开始出现，挤压和卸载两种 作用此消彼长，表现在监测曲线上就是水平钢支撑压力到达峰值后的下降。直到2006年8月30日(监测结束日)时，挤压作用尚未被卸载作用抵消，因此水平 钢支撑尚受压。
3.3先行隧道环向内力分析
根据以上对监测结果的分析，由于注浆压力较大，后行隧道对先行隧道的影响最终仍表现为挤压作用。因此，基于监测数据进行的反分析可以分三个荷载步进行分析:
(1)初始状态:先行隧道横剖面计算简图见图8，该状态荷载为全量。
图8 先行隧道初始状态计算简图
(2)后行盾构施工挤压状态:先行隧道横剖面计算简图见图9，该状态荷载为增量。
(3)钢支撑拆除:先行隧道横剖面计算简图见图10，该状态荷载为增量。其中，第(2)步的荷载增量“后行盾构注浆引起的侧压力”可以通过实测的水平钢 支撑平均轴力7.4t反算得到。最后可得先行隧道从初始状态(后行隧道距离该横剖面较远)→侧向挤压状态(后行隧道注浆)→临时钢支撑拆除全过程最终状态 的内力结果，见图11。
图9 先行隧道受到后行盾构注浆挤压状态计算简图
图10 先行隧道临时钢支撑拆除状态计算简图
根据实测钢支撑轴力，先行隧道最终的弯矩较大值为133.1kN·m和151.2kN·m，相应的轴力分别为991kN和1110kN，均未超出管片承 载力(弯矩190kN·m，轴力1100kN)，所以先行隧道经过后行盾构施工扰动并拆除临时钢支撑后，仍有一定的安全度。根据监测结果，通过反分析，确 定先行隧道受力是安全的，最终决定拆除钢支撑，对原隧道结构不做任何加强。
3.3先行隧道纵向内力分析
采用弹性地基梁模型计算先行隧道在后行盾构的挤压作用和单侧卸载作用下的内力，计算模型见图12。
挤压作用的荷载根据Mindlin公式，盾构刀盘推力在刀盘前方和侧面的地层中会发生扩散，影响范围约为7m。
根据图6，对于先行隧道1287环，后行隧道盾构机通过后该环水平钢支撑出现了最大13.3t的压力。按3.2的分析，此时先行隧道处于受挤压状态，受 力状态见图9，并可以通过实测的水平钢支撑平均轴力13.3t反算得到先行隧道所受的侧压为60kPa。按照上述分析方法可得到此时先行隧道纵向的弯矩和 剪力，见图13和图14。
图11 先行隧道受到后行盾构注浆挤压状态计算结果
图12 先行隧道受后行盾构施工挤压作用的计算模型(长度单位mm)
图13 先行隧道受后行盾构施工挤压作用的纵向弯矩(kN·m)
图14 先行隧道受后行盾构施工挤压作用的纵向剪力(kN)
从图13和图14中可以看出，根据监测数据，在后行盾构对先行隧道发生最大的挤压作用时，先行盾构隧道纵向产生了最大3013kN·m的弯矩和708.6kN的剪力。
隧道纵向的抗弯作用主要由盾构隧道环缝处受压区管片混凝土和受拉区纵向螺栓承担，纵向的抗剪能力主要由环缝处全部纵向螺栓承担。根据计算，在纵向弯距为 3013kN·m的条件下，环缝的抗弯承载力全部由受压侧管片混凝土提供，受拉区纵向螺栓不承担由纵向弯距引起的拉力。而环缝受压侧管片混凝土能够提供的 最小抗弯承载力为30198kN·m，因此，先行隧道纵向的抗弯承载力是满足要求的。
环缝处全部纵向螺栓的抗剪承载力为1085kN，大于先行隧道纵向708.6kN的剪力，所以先行隧道纵向的抗剪承载力也满足要求。
4结语
本研究成果基于北京地铁十号线三元桥站～亮马河站区间临近南小街8号楼工程，该工程取得了成功。在设计过程中，提出了通过监测钢支撑轴力，得到盾构内力 的反分析方法，最后通过具体监测数据，根据反分析得到了隧道环向和纵向的内力，在后行盾构隧道对先行隧道的挤压和卸载作用条件下，先行隧道环向和纵向的抗 弯及抗剪承载力均满足要求，根据这一结论，决定对先行隧道不做任何处理的情况下将钢支撑拆除。拆除钢支撑后，隧道结构没有发生过大变形，外观完好，目前安 全运营。
根据此工程实测数据的反分析表明，当两条盾构隧道小间距、长距离并行施工时，的确会出现后行盾构隧道对先行隧道先挤压、后卸载 的情况。当后行盾构盾尾注浆压力较大时，对先行隧道的挤压作用可能超过后续的卸载作用，使先行隧道始终处于挤压作用之下，从而充分发挥先行隧道周围地层的 水平抵抗作用，使先行隧道的受力状态不恶化。因此，后行盾构盾尾注浆压力的大小是控制先行隧道受挤压作用或卸载作用的关键因素。
对于类 似于北京等地区的较好的地层条件而言，这一规律具有普遍意义。但是对于软土地区，过大的盾尾注浆压力可能使周围土层发生破坏，强度降低，对先行隧道的约束 作用反而下降，从而降低先行隧道的安全度，并对后行隧道自身产生不利影响。因此，当两条盾构隧道小间距、长距离并行施工时，控制后行隧道盾尾注浆压力需要 因地制宜。
该工程将监测与理论分析相结合，提出了一套基于监测结果的小间距平行盾构隧道施工的反分析研究方法，并运用于工程实践中，取得了成功，分析方法及工程经验可以为类似工程的设计、施工、监测提供参考。
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只看楼主 我来说两句-
hhgt0571
沙发
背后的注浆填充要紧跟，不然晚变形
2016-01-02 14:43:02
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hhgt0571
板凳
盾构施工，进度稳定，对外界干扰小，即挖即支，一次成型
2016-01-02 14:41:02
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