专业论文 | 地铁矿山法近接对高铁盾构隧道竖向变形影响研究

作者：睢忠强

单位：北京交通大学

北京地铁12号线下穿清华园盾构隧道段采用矿山法施工。地铁结构拱顶距盾构管片最近约1.6m，既有盾构隧道尚在沉降期范围内，地铁穿越施工风险极大。

计算采用ABAQUS有限元计算软件，建立三维实体模型，模拟地铁矿山法隧道下穿施工对既有京张高铁清华园盾构隧道结构的影响。

模型的尺寸为沿新建隧道方向长90m，垂直隧道方向宽64m，高60m，离散单元数238370个，节点数367372。采用实体单元（C3D8R）模拟各土层、12号线注浆加固层、初期支护结构及清华园盾构管片，管棚采用桁架单元（Truss）。

忽略螺栓，轨道与预制仰拱现浇，两者不发生相对位移，预制仰拱和盾构管片螺栓连接，相对位置视为稳定。管片与围岩之间设为硬接触，摩擦系数为0.4；管片之间及预制仰拱之间为硬接触，切向摩擦系数为0.1，轨道与预制仰拱及轨道部分之间设为绑定约束。

考虑地铁开挖一次进尺2m，施工工况共28步，主要工序为工况10、工况13、工况22和工况28。

模型中第1阶段为隧道施工的初始阶段，计算出土体及结构在自重作用下的位移场和应力场。之后分析得到地铁区间施工对既有盾构隧道竖向位移影响。

利用非线性有限元软件ABAQUS，分析了在超前大管棚和深孔注浆加固下的高铁盾构隧道、预制仰拱及无砟轨道的竖向变形响应，与监测数据相比误差为8.9%验证了计算结果的相对准确性。

从竖向位移看，地表沉降具有Peck曲线特征，且随着施工进度的进行，峰值由高铁隧道中心处先移动至地铁右线开挖处，然后又到地铁左线开挖处，此时地表沉降达到最大值，最后阶段重新回到高铁隧道中心的位置。