地铁盾构隧道下穿京津城际高速铁路影响分析

增刊 徐干成等：地铁盾构隧道下穿京津城际高速铁路影响分析 271

注浆材料的硬化过程滞后3个管环。

隧道空间盾构管片注浆层 空隙层

盾构管片、注浆层、空隙层均用弹性材料来模拟，计算参数取为

表2 模型计算参数

Table 2 Calculation parameters

材料 管片

弹性模量/MPa

34 500

泊松比 0.25

图3 盾构模拟分层

Fig.3 Different layers for simulating the shield

凝固后注浆层

空隙层

150 0.25 0.006 7

0.3

5 盾构隧道施工过程模拟

5.1 盾构隧道施工模拟方法

在模型的侧面及底面施加法向方向的约束，令模型在自重及列车荷载（按静载考虑，取值30 kPa）作用下平衡并生成初始应力场；清除节点位移后，进行盾构施工过程的模拟。

首先，模拟盾构机的进洞过程。为了适应单元网格在隧道纵向方向的长度设置，盾构机长取为 8.4 m，模拟过程中盾构机每1步推进1个管片环宽的长度（1.2 m）。具体实现方法为

①开挖一个管片宽长度的隧道土体，包括预先定义的隧道土体、管片环、注浆层、空隙层。

②给空隙层单元赋以远小于周围土体的力学参数，以模拟超挖造成的盾构机四周的空隙。

③给注浆层单元赋以盾壳的力学参数，以模拟盾构机本身对四壁土体的支撑作用。

④给开挖面施加土舱压力，以保持开挖面的稳定平衡。

⑤运行solve命令进行计算。

依此过程，实施盾构机的下一步推进，直到整个盾体全部进入隧道。

当盾构机全部进入土体后，每一步的开挖计算除了继续进行上述盾壳的模拟外，还要在盾构机尾部实施管片安装以及管片背后注浆的模拟。为了体现注浆材料的硬化过程，给注浆层设置2种属性：（1）凝固前的低刚度注浆材料，弹性模量等于注浆压力；（2）凝固后的注浆材料。这一阶段施工的具体模拟方法为：①将新开挖的一段注浆层设为盾壳；②将盾壳最后一段单元的材料属性改为凝固前的注浆材料的属性，同时，将紧贴这一段注浆层内部的薄层单元设为盾构管片；③继续步骤①、②，直到设置了3个管环宽度的凝固前注浆材料，将第一环的低刚度注浆材料设为凝固后的注浆材料，即假定

5.2 施工过程模拟及计算结果

京津城际列车最大时速可达350 km/h，两轨面间的差异沉降不得大于5 mm，属于特级风险源，对地铁下穿段的施工提出了较高要求。拟对下穿段地层进行注浆加固，以保证地铁施工对城际列车的正常运营不造成影响。

地层加固区：宽度在区间隧道结构外两侧取1倍洞径范围，深度为隧道结构底板至结构顶板上方12 m的范围内。加固地层的土体的弹性模量取为150 MPa。

左线隧道施工后，地层沉降云图如图4所示。图中可见，隧道拱顶的沉降值为14.29 mm，最大地表沉降值为5.01 mm，位于隧道正上方。

-1.429×10-2to -1.250 0×10-2-1.250×10-2 to -1.000 0×10-2 -1.000×10-2 to -7.500 0×10-3 -7.500×10-3 to -5.000 0×10-3 -5.000×10-3 to -2.500 0×10-3 -2.500×10-3 to 0.000 0×10 0.000×10 to 2.500 0×10-3 2.500×10-3 to 5.000 0×10-3 7.500×10-3 to 1.000 0×10-2 1.000×10-2 to 1.250 0×10-2 1.250×10-2 to 1.500 0×10-2 -1.5000×10-2 to 1.647 4×10

-2

图4 左线贯通后地层沉降云图（单位：mm）

Fig.4 Nephogram of settlement after the left line

is cut through(unit: mm)

双线隧道施工后，地层沉降云图如图5所示。计算结果表明，左线隧道拱顶沉降值为17.18 mm，右线隧道拱顶沉降值为16.73 mm。地表最大沉降发生在2条隧道的对称面位置，达到8.57 mm。隧道正上方的铁路路基因隧道施工产生的沉降基本为均匀沉降，左线隧道正上方路基中点（称之为点A）随开挖面推进产生的沉降曲线如图6所示。曲线表明，左线隧道施工时，A点的沉降值随着开挖面的临近加速增大，而当开挖面从该点下方穿过继续向前推进时，沉降值趋于稳定；右线隧道施工时，A