盾构下穿施工既有隧道变形机理数值模拟研究

作     者：路德春 宋涛 林庆涛 孟旭 杜修力 

作者机构：北京工业大学岩土与地下工程研究所 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室 

出 版 物：《防灾减灾工程学报》 (Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家重点研发计划课题(2022YFC3800901) 国家自然科学基金项目(52025084 52208396)资助 

主　　题：盾构 下穿施工 既有隧道 变形机理 数值模拟 

摘      要：盾构施工下穿既有运营隧道，易导致既有线路变形过大，给地铁列车运营安全带来安全隐患。考虑盾构机与土体相互作用、衬砌-注浆层-土体相互作用，以及同步注浆硬化过程和压力消散等关键因素，发展了盾构施工全过程数值模拟方法。结合实际工程建立盾构下穿既有隧道三维有限元数值模型，获得了盾构下穿过程中既有隧道结构变形、内力响应、围岩压力，及其周围地层应力的发展变化规律，揭示了既有隧道的变形机理。结果表明：既有隧道在纵向上发生挠曲和扭转变形，挠曲变形呈现为中部沉降两端隆起的“V形变形，断面扭转变形呈中间大两端小的分布形式，且随盾构掘进先逆时针扭转后顺时针扭转；对于隧道横断面，在x=-0.8D至0.8D范围内隧道断面呈现侧向压扁、竖向伸长的变形模式，在x=±0.8D之外隧道断面呈现侧向伸长、竖向压扁的变形模式，x=-0.8D至0.8D范围内隧道断面变形由盾构开挖引起的土体卸载引起，x=±0.8D之外的隧道断面变形由中间区域隧道断面扭转和沉降变形的传递导致。