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第 34 卷 第 3 期 岩 土 工 程 学 报 Vol.34 No.3 2012 年 .3 月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Mar. 2012 软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究 黄德中 1，马险峰2，3，王俊淞2，李削云2，余 龙4 1. 上海隧道工程股份有限公司，上海 200082；2. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；3. 岩土及地下工程教育部重点实验室， 上海 200092；4 上海隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200070 摘 要随着地铁网络不断完善，新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离穿越既有隧道的影 响问题，比常规盾构施工的研究更为复杂。结合上海外滩通道盾构上穿越地铁 2 号线工程，采用离心模型试验与现场 实测相结合的方法对盾构上穿越对周围地层及既有隧道的影响进行了研究。文中选用排液法在离心场中模拟盾构施工， 在国内首次实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程，并分析了盾构上穿越施工引起的地层、 新建隧道与既有隧道的纵向位移变化规律。通过现场实测数据分析了既有隧道在盾构上穿越过程中纵向变形与时程曲 线的变化规律。 关键词盾构隧道；上穿越；既有隧道；离心模型试验；现场实测 中图分类号TU447 文献标识码A 文章编号1000–4548201203–0520–08 作者简介 黄德中1971– ， 男， 本科， 高级工程师， 主要从事隧道及地下工程施工方法研究。 E-mail hdz38。 Centrifuge modelling of effects of shield tunnels on existing tunnels in soft clay HUANG De-zhong1, MA Xian-feng2, 3, WANG Jun-song2, LI Xiao-yun2, YU Long4 1. Shanghai Tunnel Engineering Co., Ltd., Shanghai 200082, China; 2. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China; 4. Shanghai Tunnel Engineering up-crossing; existing tunnel; centrifugal model test; field measurement 0 引 言 随着地铁网络不断完善，新建隧道近距离穿越已 建隧道及其他各种地下构筑物的现象越来越多。习惯 上将在既有建、构筑物周围一定范围内施工，并可能 对既有建、构筑物产生不利影响的盾构隧道工程称为 盾构近距离穿越施工[1]。 上海地区由于地铁线路很多， 经常会有新建盾构隧道近距离穿越既有地铁隧道的工 程，例如地铁 4 号线浦电路站至张扬路站区间斜向穿 越运营中的地铁 2 号线；地铁 7 号线龙阳路穿越 2 号 线；西藏路大型泥水盾构穿越相邻距离为 2.7 m 的地 铁 8 号线隧道；中环线北虹路大型管幕法地道穿越虹 桥宾馆和虹桥路重要管道；上海外滩通道近距离上穿 越地铁 2 号线等。 新建盾构隧道穿越施工不仅会对周围地层产生扰 动，引起土体变形，同时也会引起临近既有隧道结构 产生变形和附加内力，从而影响既有地铁隧道的正常 运营。 近年来， 由于周围条件限制及规划设计的影响， 隧道穿越的间距也越来越近，使得穿越工程难度大、 风险高。在盾构近接施工中，单孔及水平平行隧道的 相关技术己经趋于成熟，但是对于近距离施工的交叠 穿越的地铁隧道而言，由于隧道间的相互影响使之较 ─────── 收稿日期2010–11–03 第 3 期 黄德中，等. 软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究 521 水平平行隧道在施工上更难于控制[2]。 目前，对于新建盾构隧道近距离穿越施工对既有 隧道结构的影响这一课题的研究，主要采用数值计算 和实测数据分析方法，只有少数学者进行过模型试验 研究。 Kim（1996）[3]设计了一种模型盾构机，以正 常固结土和OCR3的超固结土中的隧道为研究对象， 分别模拟了近间距平行隧道及上下正交的隧道的施 工，研究了在不同的 W/D（W 为隧道间距，D 为隧道 直径） 、 衬砌性质和超固结比下隧道衬砌的位移、 应力、 应变以及超孔隙水压力的变化规律。试验所用的小型 盾构机模拟的地层损失率为 6，远大于实际工程中 的地层损失率（通常小于 3） ，因此其研究结果代表 了一种最不利的情况。另外，试验中没有考虑注浆的 影响。周文波等2000 [4]以上海地铁 2 号线为工程背 景，针对外滩观光隧道从上方以一定角度穿越地铁 2 号线上、下行隧道的工况，进行了室内模型试验，模 型的几何相似 CL48，根据实际三隧道的掘进工况分 别进行开挖模拟，给出了地面沉降和土体压力变化的 定性分析结果，并对相关盾构施工技术进行了总结。 其试验中也没有对注浆进行模拟。俞涛 2005 [5]以广 州地铁 3 号线盾构隧道近接施工为研究背景，采用几 何相似比 CL40、重度相似比 Cr 1 的室内模型试验， 对平行、 交叠和正交 3 种典型的盾构隧道近接情况下， 新建隧道对既有隧道的影响规律进行了全面系统的研 究。试验只研究了掌子面顶进力的大小对既有隧道的 影响，并没有模拟地层损失和注浆过程，与真实的施 工过程相差较大。何川等（2008）[6]结合广州地铁建 设对临近隧道影响的施工力学行为进行了研究，同时 结合室内模型试验和大型三维仿真计算对下穿施工进 行了综合研究。 这些模型试验均是在 1g 环境下进行的， 不能真实 的再现现场的应力水平，且都没有进行注浆的模拟。 因此，采用离心模型试验，深入研究盾构隧道上穿越 施工对既有隧道的影响，对盾构隧道技术的发展及深 层地下空间的开发利用具有重要意义。本文以上海新 建外滩通道近距离上穿越运营中的地铁 2 号线工程为 背景，通过离心模型试验模拟和工程现场监测结果分 析，从不同角度对盾构穿越引起临近隧道变形的规律 进行了研究。 1 工程背景 根据上海市轨道建设规划，新建外滩通道需要从 地铁 2 号线两条平行隧道上方穿越。外滩通道盾构段 全长 1098 m，549 环，施工盾构采用Φ14270 mm 的土 压平衡盾构。隧道衬砌结构外径 13950 mm，内径 12750 mm，厚 600 mm，盾构隧道主线最大纵坡为 5.0。 根据本工程设计蓝图盾构在里程 NXK0430～ NXK0408， 即 345 环～355 环将上穿正在运营的地铁 2 号线。施工过程中盾构机先上穿越 2 号线下行线， 然后上穿越 2 号线上行线。此阶段盾构顶部覆土为 8.52～8.65 m，盾构底部距离 2 号线隧道顶部最近仅 有 1.46 m。盾构与地铁位置关系图如图 1 所示，地层 分布和土的物理性质如表 1 所示。 图 1 外滩通道穿越地铁二号线示意图 Fig. 1 Position of Shanghai Bund Passage tunnel and Metro Line 2 2 试验设计 2.1 试验设备 试验在同济大学岩土工程实验室 TLJ-150 型土 工离心机上完成。该离心机最大容量为 150 gt，最大 加速度为 200g，有效旋转半径为 3.0 m。使用模型箱 的有效尺寸为 0.8 m0.5 m0.5 m（长宽高）。 2.2 离心模型试验原理 土是一种非线性的天然材料，其性质与所受的应 力水平密切相关。离心模拟试验技术是利用离心力场 和重力场等效，将模型尺寸缩小到原型尺寸的 1/n， 同时作用在模型上的体积力增大 n 倍，这时模型中各 点的应力、应变与原型中对应点的应力、应变相等， 原型和模型对应点的位移成 n 倍关系[7]。 利用相似原理可以得到模型和原型各物理量的相 似准则，Taylor（1995） [8]给出了土工问题中常见参数 的比例关系的推导过程。其中，土体固结问题的时间 比例关系为 N2，即模型试验中 1 h 对应于现场的 N2 个小时。这就是用离心模型试验模拟隧道的长期沉降 的理论依据。 2.3 隧道开挖方案设计 新建隧道穿越既有隧道过程中，盾构到达前既有 隧道的变形较小。既有隧道的变形主要发生在盾构穿 越时和穿越后的一段时间内[9]。这表明新建隧道穿越 既有隧道时，最主要的影响在于开挖卸载引起的既有 522 岩 土 工 程 学 报 2012 年 表 1 现场地层物理力学参数 Table 1 Physico-mechanical parameters of soils 固结快剪 层 号 土层名称 层底标高/m 揭示层厚 /m 含水 率 w/ 重度γ /kNm -3 比重 c 孔隙 比e0 塑性指 数IP 液性指 数IL 黏聚力 c/kPa 内 摩 擦 角 ϕ/ 压缩 系数 Es0.1-0.2 /MPa 压缩 模量 a0.1-0.2 /MPa -1 ②0 江滩土 -1.91～-14.71 1.00～14.60 34.718 2.720.98614.5 1.08 11 22 0.29 6.85 ④ 灰色淤泥质黏土 -11.24～-16.091.50～11.30 49.416.9 2.751.38621.3 1.25 14 9.5 0.99 2.41 ⑤1 灰色黏土 -19.15～-27.404.00～13.40 36.717.8 2.741.06518.0 0.85 17 13.0 0.54 3.85 ⑤3 灰色粉质黏土 -24.34～-56.94 1.70～32.00 34.017.9 2.731.00515.5 0.88 17 17.0 0.41 4.94 隧道变形。因此，试验采用排液法来模拟隧道的开挖 卸载和地层损失，通过注液法来模拟隧道注浆。 Marshall（2009）[10]曾使用排液法进行过地层损失的 模拟，但是没有进行开挖卸载和注浆的模拟。本次试 验在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注 浆过程，在国内尚属首次。模型示意图如图 2 所示。 图 2 试验模型示意图 Fig. 2 Schematic plot of model 试验方法是在隧道模型外部套上两段乳胶膜，乳 胶膜端部密封好，通过隧道模型上预留的接口与外界 通过电磁阀连通。试验前在乳胶膜与隧道模型的空隙 中注满重溶液，试验时通过电磁阀控制两个乳胶膜依 次排出一定量的溶液来模拟施工时的地层损失。隧道 模型内部放置两个液囊，液囊中同样先注满重溶液， 试验时通过电磁阀控制两个液囊依次排液来模拟施工 的卸载过程。排液完成后通过液缸向两段乳胶膜中依 次注入一定量的重溶液来模拟施工时的注浆过程。 具体的试验过程为首先控制乳胶膜 1 和液囊 1 排 液，完成第一段开挖，经过设计时间后往乳胶膜 1 中 注液，完成第一段的注浆。此时第一段隧道的施工过 程模拟完成。然后控制乳胶膜 2 和液囊 2 排液，完成 第二段开挖，经过设计时间后往乳胶膜 2 中注液，完 成第二段注浆。至此，第二段隧道的施工过程模拟完 成。为进行对比，第一段模拟地层损失率为 1，第 二段模拟地层损失率为 1.5。两段模拟的注浆率相 同，均为 200。两个液囊的排液量也相同。整个施 工过程模拟完成后，继续试验 5 个小时，模拟工后 13 年的时间里新建隧道、既有隧道和土体的变形特征。 2.4 模型制备 依据现场隧道的实际尺寸，模量相似关系，以及 模型箱的净空尺寸，并结合同济大学离心机的工作条 件，选择模型率为 150，即试验过程中离心机稳定运 转时加速度为 150g。 试验选取管道的直径相似比 N 作为基本相似比。 由于模型率很大，想要用原型材料（钢筋混凝土）完 全按比例制作模型是不可能的，原型中的螺栓连接等 细节也无法模拟。由于主要研究新建隧道的纵向变形 特性，故可根据日本志波由纪夫提出的纵向等效连续 化模型， 令模型的纵向抗弯刚度 mm E I与原型隧道的纵 向抗弯刚度 pp E I等效[11]。两者的比例关系为 pp 4 mm E I N E I ， 1 式中，I表示管道的截面惯性矩。当管道壁厚与直径 之比/ t d比较小时，截面惯性矩可近似为 3 π8Id t。 因此，式（1）可以化为 3 p pp 4 3 m mm E t d N E t d 。 2 如前所述，直径的相似比 pm dd为N，由此可得， 抗弯刚度EI的相似性如下 p p m m E t N E t 。 3 表2给出了最终计算得到的模型尺寸。模型布置 如图3所示。 表 2 原型与模型隧道参数表 Table 2 Parameters of prototype and model 参数 原型 模型 弹性模量/GPa 35.5 71 外滩通道直径/mm 13950 92 外滩通道壁厚/mm 600 2 地铁隧道直径/mm 6200 40 地铁隧道壁厚/mm 350 1 外滩通道纵向长度/mm 90000 600 地铁隧道纵向长度/mm 48000 320 2.5 数据采集 外滩通道模型的上下表面沿纵向均匀的对应的贴 了4对应变片，用来测量上下表面的纵向应变，从而 得出外滩通道的纵向变形特性。两个小隧道模型上表 第 3 期 黄德中，等. 软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究 523 面内外侧对应的布置了应变片和应变花，用以计算小 隧道的纵向变形和扭转特性，小隧道应变片布置如图 4所示。试验中布置了5个位移计来分别测量地表、 外滩通道模型中点、地铁2号线模型端点的沉降量， 如图3所示。 图 3 试验模型布置图 Fig. 3 Layout of model 图 4 地铁 2 号线模型应变片布置图 Fig. 4 Layout of strain gauges of model Metro Line 2 3 试验结果及分析 为了能够直观表达模型试验反映原型的状况，将 模型隧道的位移换算成原型隧道的位移，将模型地表 沉降换算成原型地表沉降。沉降量均以隆起为正，下 沉为负。相关数据都是在离心机旋转稳定状态下采集 所得。 3.1 既有隧道试验结果分析 （1）施工期既有隧道的沉降 地铁2号线模型端点处在施工期的沉降曲线如图 5所示。从图中可以看出大直径盾构施工对既有隧道 的影响较大。盾构隧道内部卸载及地层损失会使盾构 周围土层应力释放，引起下卧土层产生明显的隆起变 形， 使既有隧道产生明显上浮， 最大隆起量达到6 mm。 注浆会使既有隧道发生明显下沉，最大沉降达到9 mm。可以看出在盾构施工过程中采用适当的注浆率 可以减少既有隧道的隆起。 按照施工顺序，新建盾构隧道先穿越2号线下行 线，然后上穿越2号线上行线。对应的，试验中通过 分段操作，模拟新建隧道先穿越右侧既有隧道，再穿 越左侧既有隧道。图5中可以看出两条既有隧道的变 形有着明显的时空效应。在第一次开挖卸载期间，右 侧既有隧道最大隆起量为6 mm，而左侧既有隧道为 3.3 mm，第二次开挖卸载时，右侧既有隧道隆起量为 4 mm，左侧既有隧道隆起量为5 mm。由此可见，盾 构推进面正下方已建隧道的上浮量影响明显大于另一 条已建隧道。这表明，新建隧道上穿越施工对既有隧 道最显著的影响是开挖卸载引起既有隧道的隆起。 图 5 施工期既有隧道沉降曲线 Fig. 5 Settlement curves of existing tunnels during construction （2）工后既有隧道的沉降 本组试验模拟了工后13 a隧道的纵向沉降情况， 考虑到数据繁多，数据处理过程中将每一年内的数据 取平均值，并将此作为该年内沉降量。工后既有隧道 中点的沉降曲线如图6所示。从中可以看出既有隧道 在工后沉降量并不大，为14 mm左右。这主要是因为 既有隧道原本已沉降稳定，受到施工扰动后又产生了 少许的沉降。 图 6 工后既有隧道沉降曲线 Fig. 6 Settlement curves of existing tunnels after construction （3）施工期既有隧道纵向变形 试验测得了隧道纵向应变，由此可以计算得出的 隧道的曲率，又测得既有隧道一端固定位置的沉降， 524 岩 土 工 程 学 报 2012 年 从而可以得到隧道纵向的变形曲线，如图7所示。在 盾构施工过程中，已建隧道的纵向变形比较显著。从 图中看出盾构施工对已建隧道中部影响明显大于端 部， 影响范围主要集中在距离隧道纵向中心两侧20 m 范围内。地层损失和开挖卸载的共同作用会造成已建 隧道纵向的向上隆起，而注浆则会造成已建隧道的向 下弯曲，已建隧道的纵向变形曲线类似于正态分布曲 线的形状。 图 7 施工期既有隧道纵向变形曲线 Fig. 7 Curves of longitudinal deation of existing tunnels during construction 试验结果还显示在新建隧道推进过程中，既有隧 道会产生沿推进方向的扭转变形，且中部的扭转量明 显大于端部扭转量，如图8所示。分析其原因为新建 隧道在施工时逐渐推进，导致周围土体回弹有明显的 时间顺序，即盾构已推进到的地方土体回弹较大，而 前方尚未推进的地方土体回弹较小，这样就造成已建 隧道产生朝向推进方向的扭转。既有隧道产生扭转变 形可能会引起轨道倾斜，管片接缝开裂，影响既有隧 道的安全运营。由于应变片精度不够，此次未能深入 研究这种扭转现象。在以后的工作中可以进行进一步 的研究。 3.2 新建隧道试验结果分析 （1）施工期新建隧道的沉降 施工期新建隧道的沉降曲线如图9所示。可以看 出新建隧道在施工时发生了明显的上浮，这是由于盾 构隧道内部的开挖卸载， 使得隧道下方土体发生回弹。 另外，注浆压力会使新建隧道有明显的上浮，这是由 于注浆后，注浆压力在管片下部注浆孔周围聚集形成 较大集中力或分布力[12]，管片被乳胶膜内未硬化的具 有较大注浆压力的浆液包围，产生很大上浮力，而本 试验上覆土很浅， 同时加上浆液环产生的静态上浮力， 造成管片上浮。地层损失产生的空隙使得盾构隧道产 生一定量的沉降，约为5 mm。当注浆稳定后，随着 土体产生固结沉降变形，隧道恢复下沉趋势。在实际 施工中，由于隧道中还有盾构机的重量，上浮不会这 么明显。 图 8 施工期既有隧道扭转曲线 Fig. 8 Twist curve of existing tunnels during construction 图 9 施工期新建隧道沉降曲线 Fig. 9 Settlement curve of newly-built tunnel during construction （2）工后新建隧道的沉降 图10给出了工后新建隧道沉降曲线。 工后新建隧 道沉降量较大，最终达到25 mm左右。施工扰动是影 响隧道长期沉降的主要因素，一方面，隧道周围土体 超孔隙水压力消散引起的固结沉降使得工后沉降量比 较明显，另一方面扰动土体由于结构性破坏，长期时 效变形增大，也会导致工后有一定沉降。 图 10 工后新建隧道沉降曲线 Fig. 10 Settlement curve of newly-built tunnel after construction 第 3 期 黄德中，等. 软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究 525 （3）施工期新建隧道纵向变形 施工期新建隧道的纵向变形曲线如图11所示。 可 以看出盾构隧道在地层损失阶段会产生向下的纵向变 形，由于隧道的端部约束效应，盾构隧道中部的沉降 明显大于两端部的沉降。卸载产生的地基反力和注浆 产生的浮力作用使得隧道纵向产生弯矩，不同位置处 的弯矩不同，从而隧道纵向会产生明显的凸起变形。 第二次开挖时产生的地层损失使得第一次注浆稳定后 的向上凸起变形有所改善。 图 11 施工期新建隧道纵向变形曲线 Fig. 11 Curves of longitudinal deation of newly-built tunnel ..during construction 3.3 地表沉降分析 （1）施工期地表的沉降 图12给出了施工期地表沉降曲线。隧道注浆前， 管片和土体间存在空隙，必然会使得地表产生沉降。 而开挖卸载又会使下卧层土体发生回弹隆起，因此， 在模拟隧道开挖时地表先沉降，后隆起。从图中可以 看出，第一段隧道开挖时，右侧地表最大沉降量为13 mm，第二段隧道开挖时，左侧地表最大沉降量为15 mm。这是由于对于两段隧道采用了不同的地层损失 率，第一段隧道（右侧）地层损失率为1，第二段 隧道（左侧）地层损失率为1.5。这说明在相同的埋 深下，地层损失率越大，地表沉降越大。 从图中可以看出， 注浆会使得地表有明显的隆起， 这一方面是因为注浆压力使得土体隆起，另一方面是 新建隧道的上浮使得土体隆起。 （2）工后地表的沉降 图13给出了工后地表沉降曲线。 可以看到工后地 表沉降量很大，达到了30 mm，可见大直径盾构施工 会对周围土体产生较大影响。 左侧地层损失比为1.5 的隧道段比右侧地层损失比为1的隧道段地表下沉 量略大。 地表沉降的主要原因是施工期土体受到扰动， 在施工完成后土体孔隙水压力逐渐消散，土体固结产 生沉降。 图 12 施工期地表沉降曲线 Fig. 12 Settlement curves of surface during construction 图 13 工后地表沉降曲线 Fig. 13 Settlement curves of surface after construction 4 现场监测结果及分析 外滩通道隧道施工过程中，地铁2号线隧道沉降 量采用电水平尺进行监测。监测的范围为以外滩通道 纵向轴线在2号线隧道平面上的投影线为基准，沿地 铁2号线线路在轴线东、西两侧各50 m范围内布设 50支电水平尺，每支长2 m。利用自动沉降采集系统 监测地铁2号线隧道线路，监测点即为电子水平尺端 点，自东向西，第1支水平尺的末端点编号为1，第 50支水平尺的末端点编号为50。 4.1 盾构穿越时2号线纵向变形数据分析 施工时，盾构先穿越地铁2号线下行线，然后穿 越上行线， 分别对应于试验中的右侧和左侧既有隧道。 图14是盾构刚通过那段时间地铁2号线的纵向变形曲 线。对比图7可以看出，离心模型试验得出的开挖卸 载引起的既有隧道的纵向变形曲线与实际监测结果相 似。对比发现，实际施工中既有隧道的隆起量达到了 9 mm，大于离心模型试验得出的结果6 mm。这可能 是因为离心模型试验中注浆率过大，抑制了既有隧道 526 岩 土 工 程 学 报 2012 年 的变形。 监测结果还表明新建盾构施工对既有隧道的影响 主要在两隧道交点左右两倍盾构直径范围内。 图 14 盾构通过时期地铁 2 号线变形曲线 Fig. 14 Deation curves of Metro Line 2 during shield construction 4.2 盾构穿越期间2号线测点时程变化分析 图15是穿越过程中上下行线部分测点的对比分 析，其中，27号测点的隆起量最大。9～12 d为盾构 穿越既有隧道的阶段。图中可以看出既有隧道的变形 可以分为前期沉降、隧道通过时隆起、隧道穿越后一 段时间内的隆起和稳定期4个阶段。上下行线在盾构 到达之前都有微小的沉降，这主要是由于盾构推进时 挤压前方土体导致的。盾构经过时隆起率最大。盾构 经过后三四天里，既有隧道继续隆起，这主要是由于 开挖卸荷及地层损失使下卧层土体产生回弹变形。既 有隧道隆起量在盾构通过后15 d左右达到最大值， 约 为10.5 mm。既有隧道之后到达稳定阶段，部分测点 在达到最大值后隧道变形会稍有回落。其主要原因是 既有隧道下卧土体固结、蠕变压缩以及上覆土体强度 随时间恢复。由于隧道穿越后对此测点未进行继续监 测，盾构穿越后稳定阶段趋势并不明显。 图 15 地铁 2 号线部分测点沉降–时间曲线 Fig. 15 Settlement-time curves of some points of Metro Line 2 由于盾构机先穿越下行线，后穿越上行线，两线 之间存在14.4 m距离， 所以在穿越阶段两条既有隧道 相同纵向位置处存在差异沉降，最大差异沉降发生在 盾构通过阶段，差值约为2 mm。 通过与离心试验结果进行对比，可以发现监测数 据与试验结果从趋势上一致。两者均表明开挖卸载和 地层损失是造成盾构掘进期间既有隧道隆起的主要原 因。既有隧道的纵向变形曲线均接近正态分布曲线。 但是两者时程曲线存在差异，离心模型试验结果显示 新建隧道注浆时，既有隧道会产生明显的沉降，而现 场实测数据没有显示注浆会引起既有隧道的沉降。究 其原因，一方面是由于离心试验中注浆率较大，为 200，远大于实际工程中施工中的120，另一方面 是离心试验中为了分析各项施工参数的影响，盾构开 挖期间与注浆期间不同步，而实际盾构施工过程中进 行同步注浆。 5 结论与展望 本文以上海外滩通道盾构上穿越地铁2号线工程 为背景，采用离心模型试验与现场实测相结合的方法 对盾构上穿越对周围地层及既有隧道的影响进了研 究，得出了以下一些结论。 （1）盾构隧道施工时开挖卸载和壁后注浆会使 新建隧道的明显上浮，且发生隆起变形。地层损失会 使地表产生沉降，地层损失越大，地表沉降越大。隧 道注浆会使地表隆起。 （2）盾构隧道开挖卸载及地层损失会引起下卧 土层产生回弹变形，从而引起既有隧道上浮，并且产 生隆起变形。适当的注浆可以抑制使得既有隧道的隆 起变形。新建隧道的施工会造成已建隧道朝盾构推进 方向产生一定扭转。 （3）新建盾构施工对既有隧道的影响主要在两 隧道交点左右两倍盾构直径范围内。 （4）实际施工中既有隧道的变形可以分为前期 沉降、隧道通过时隆起、隧道穿越后一段时间内的隆 起和稳定期4个阶段。 （5） 既有隧道在新建隧道通过时隆起率最大。 因 此新建隧道穿越既有隧道时速度要慢，严格控制土仓 压力等施工参数，均匀的进行注浆。 本次试验重点考虑了地层损失、开挖卸载和壁后 注浆对既有隧道变形的影响，没有考虑掘进面推力、 侧壁摩擦力等因素的影响， 与实际施工过程有所差异。 试验中观察到了既有隧道的扭转，但是由于测量精度 不够，未能深入探讨，这点可做进一步的研究。 第 3 期 黄德中，等. 软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究 527 参考文献 [1] 仇文革. 地下工程近接施工力学原理与对策的研究[D]. 成 都 西南交通大学, 2003. 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