新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究.pdf

新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版文章编号：1009-6582（2023）04-0043-15DOI:10.13807/ki.mtt.2023.04.006收稿日期：2023-04-26修回日期：2023-05-22基金项目：国家自然科学基金（52278417）.作者简介：范文昊（1999-），男，硕士研究生，主要从事隧道及地下工程的理论与实践方面的研究工作，E-mail:wenhao_.通讯作者：王志杰（1964-），男，博士，教授，主要从事隧道与地下工程的理论与实践、既有隧道的安全性与评估技术方面的研究及教学工作，E-mail:zhijie_.新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究范文昊1,2谢盛昊1,2周飞聪1,2王志杰1,2张 凯3骆云建3（1.西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，成都 610031；2.西南交通大学土木工程学院，成都 610031；3.中交四航局第一工程有限公司，广州 510310）摘要：为探究不同近接度下新建隧道下穿施工对既有隧道结构造成的影响，以成都地铁30号线下穿既有成自高铁锦绣隧道为依托工程，采用理论研究的方法提出近接影响度表达式，并通过结构位移判别准则确定分区控制标准。采用数值模拟、回归分析的方法，对下穿施工近接影响范围进行量化分区，并对不同影响分区提出针对性控制措施。结果表明，既有隧道管片最大沉降值与新建隧道和既有隧道之间的净距、新建隧道左线和右线之间的间距都呈负相关；针对在强影响区中施工提出“门式”保护结构，可将既有隧道管片最大沉降值折减77.10%，针对在弱影响区中施工提出新建隧道管片壁后注浆加固，可将既有隧道管片最大沉降值折减56.86%。监测结果表明，采取合理的施工控制措施，可有效控制既有隧道结构的位移，将既有隧道管片最大沉降值控制在预警值6 mm内。关键词：双线盾构隧道；下穿施工；管片沉降；近接影响分区；控制措施；施工监测中图分类号：U455.4文献标识码：A引文格式：范文昊，谢盛昊，周飞聪，等.新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究J.现代隧道技术,2023,60(4):43-57.FAN Wenhao,XIE Shenghao,ZHOU Feicong,et al.A Case Study on Adjacent Impact Zoning and Control Measures for NewDouble-line Shield Tunnel Undercrossing Existing TunnelJ.Modern Tunnelling Technology,2023,60(4):43-57.1引 言近年来，地下空间工程特别是城市轨道交通工程在我国迅速发展，随着地铁线路的日益密集，新建地铁隧道将不可避免近接既有隧道施工开挖。因此，隧道工程近接施工受到了广泛关注15。既有隧道周围的原始应力场和变形场会因邻近新建隧道开挖而显著改变，对既有隧道的结构安全造成威胁6。近接影响分区是将新建隧道施工对既有隧道的影响范围进行量化分区，针对各个影响分区可提出相应的控制措施。然而，由于隧道工程近接施工受到众多因素的综合影响，现有的近接影响分区研究仍有待完善，需要对影响因素进行补充进而提高近接影响分区的适用性。目前，针对隧道工程近接施工的影响分区已形成一定的研究成果。1996年，日本铁道综合技术研究所7对近接既有铁路隧道的各类施工进行了较全面、系统的总结，但大多基于工程经验，并未给出明确的近接影响分区。仇文革8基于“时间、空间、工法”三要素，提出了分区影响因素和表达式，为后续的研究奠定了基础。郑余朝9在此基础上，基于补充的几何近接度理论，提出了近接影响分区的表达式。王明年等10针对深圳地铁3号线区间盾构隧道重叠段，分别采用Mohr-Coulomb屈服准则、位移变化速率准则进行了横向、纵向近接分区。袁 竹等11针对山区铁路隧道下穿工程，以不同净距和地质条件作为影响变量进行数值试验，以高速公路隧道的沉降为判别准则，得到基于几何近接度和地质情况的影响分区。张俊儒等12针对泥质粉砂岩地层，以43新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023两隧道间的净距和埋深作为影响变量，得到基于地表沉降准则的影响分区。王志杰等13针对浅埋偏压双侧新建隧道近接既有隧道工程，以左、右两侧新建隧道和既有隧道之间的净距为变量，基于结构位移和可靠度准则，构建了近接影响分区。郭成祥14以成都地铁5号线新建双线盾构隧道下穿地铁3号线既有双线盾构隧道为工程背景，以新建、既有隧道间的净距和埋深作为影响变量，建立了基于既有隧道管片最大沉降量的影响分区。此外，板桩结构及其变式可以有效减小新建隧道施工开挖对既有结构物造成的附加影响，在隧道工程近接施工中得到了应用。曹小平等15针对新建盾构隧道下穿高速铁路，提出对软土区域采用板桩结构进行加固，成功将地表沉降降低至控制值的18.67%。崔光耀等16针对新建盾构隧道下穿高速铁路采用板桩结构，通过数值模拟表明其可使轨道沉降减小70.90%，并进行了施工现场应用与验证。Yang等17针对大直径盾构隧道邻近既有桥梁桩基掘进，在新建盾构隧道与既有桥梁桩基之间施作板桩结构，成功将桥墩位移控制在1 mm内。秦前波等18和张书丰等19证明了板桩结构可以有效隔绝盾构隧道与开挖基坑之间的变形传递。盾构法开挖是地铁隧道施工的首选工法，可以提高地铁隧道的施工效率并保证施工安全2025。在新建双线盾构隧道下穿既有隧道施工中，新建双线盾构隧道与既有隧道之间的净距和新建双线盾构隧道左线与右线之间的间距是最为直接的近接影响因素。然而，目前并未有以二者为影响变量的近接影响分区研究。本文将新建双线盾构隧道与既有隧道之间的净距和新建双线盾构隧道左线与右线之间的间距作为影响变量，对新建双线盾构隧道下穿既有隧道的近接影响范围进行分区。首先，基于修正的几何近接度表达式建立新建双线盾构隧道下穿既有隧道的近接影响度表达式，并通过结构位移判别准则确定分区控制标准。其次，对影响变量设计正交工况，通过数值模拟分析不同工况下既有隧道管片的最大沉降值，并基于此进行近接影响分区。最后，对不同影响分区提出针对性的控制措施，并结合施工现场监测数据对控制措施的效果进行验证。研究成果进一步丰富了隧道工程近接影响分区理论，并为保证城市轨道交通工程近接施工安全提供参考。2工程概况依托工程为成都地铁30号线一期工程锦逸站娇子立交站，其中新建地铁30号线双线盾构隧道下穿既有成自高铁锦绣隧道为该区间施工的高风险工点。既有成自高铁锦绣隧道从盾构始发井出发由南向北掘进穿越成都市南三环路二段，新建地铁30号线双线盾构隧道沿成都市南三环路二段走向由西向东掘进。当新建地铁30号线双线盾构隧道施工至二者交叉点时，既有成自高铁锦绣隧道已施作完毕。新建地铁30号线双线盾构隧道与既有成自高铁锦绣隧道的平面位置关系如图1所示。图1 新建双线盾构隧道与既有隧道的平面位置Fig.1 Plane layout of newly built double-line shield tunnel andexisting tunnel既有成自高铁锦绣隧道的管片外径为12.40 m，内径为11.30 m，管片幅宽1.80 m，厚度为0.55 m；新建地铁30号线双线盾构隧道的管片外径为6.00 m，内径为5.40 m，管片幅宽1.50 m，厚度为0.30 m。新建地铁30号线盾构隧道左线与右线间距为21.74 m，中轴线距离为27.74 m。新建地铁30号线双线盾构隧道与既有成自高铁锦绣隧道之间的净距为1.69 m。依据地质勘探资料显示，新建地铁30号线双线盾构隧道与既有成自高铁锦绣隧道交叉区段从地表往下依次是杂填土、全风化泥岩、强风化泥岩、中等风化泥岩，如图2所示。3隧道下穿影响分区理论研究文献8给出了近接工程及近接施工的定义，结合本文依托工程的特点，对既有定义进行补充：新建隧道邻近既有隧道施工，并可能对既有隧道产生不利影响的工程称为近接隧道工程，有关近接隧道工程的施工称为隧道近接施工。新建隧道从既有隧道44新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版图2新建隧道与既有隧道交叉段地层剖面（单位：m）Fig.2 Stratigraphic profile of intersection between new and existing tunnels(Unit:m)下方穿越的近接隧道工程称为下穿隧道工程，下穿隧道工程的施工称为隧道下穿施工。首先构建隧道下穿近接影响度的表达式，其次确定下穿影响程度的判别准则，为近接影响分区的建立提供理论基础。3.1下穿影响分区表达式研究依据文献9，对于确定的工程，几何近接度可以表示为：A=SD（1）式中：S为新建和既有结构间的净距；D为新建隧道的当量直径。由于国内地铁隧道大多为双洞单线隧道，因此，在文献9的基础上，提出将新建双线隧道之间的间距也纳入几何近接度的影响因素中，并且二者的几何近接度互不影响。修正后的几何近接度的表达式如下：B=S LD2（2）式中：L为新建双线隧道左线与右线之间的间距。在文献8提出的一般近接施工影响程度分区的影响因素的基础上，结合本工程新建双线盾构隧道下穿既有隧道的特点，确定主要近接影响因素，包括几何近接度（B）、相互位置关系（）、施工方法（T）、地质条件（G）、既有结构物的健全度等级（Q）、施工对策（M），对应的影响系数分别为1、2、3、4、5、6，综合影响系数为K。假定以上影响因素相互独立，依据逻辑关系可将影响系数相乘，构建新建双线盾构隧道下穿既有隧道的近接影响度的表达式，如式（3）：Cij=Kij1ij2ij3ij4ij5ij6ij（3）式中：i为第i种下穿施工的种类；j为第j种下穿施工影响判别准则类型；Cij为第i种下穿施工类型的关于第j个判别准则的值。本文通过数值分析的方法确定表达式中的待定系数。依据文献9，为使下穿影响度有统一的量化表达，将下穿影响度分为5类，构建下穿影响度和判别准则间的函数关系，如式（4）所示。Iij=(Cij)（4）式中，Iij为第i种下穿施工类型的关于第j个判别准则的下穿影响度。根据文献8，9，建立影响度和影响分区之间的对应关系，并将影响度的值域定为05，如表1所示。表1 影响度与影响分区的对应关系Table 1 Corresponding relationship between impactdegree and impact zoning下穿影响分区强影响区A弱影响区B微影响区C影响度4 I 53 I 42 I 31 I 20 I 13.2下穿影响程度判别准则本文采用既有结构位移作为新建双线盾构隧道下穿既有隧道影响分区的判别依据，结构位移也是施工过程中必测和易测的数据。目前国内对于新建隧道近接既有隧道施工时既有隧道的收敛准则还没有统一的标准，因此参考规范26，27，并结合工程实际，以既有隧道竖向位移为判别对象，采用6 mm作为预警值，采用10 mm作为控制值。并基于此建立近接影响分区阈值，如表2所示。表2 近接影响分区阈值Table 2 Adjacent impact zoning threshold下穿影响分区强影响区A弱影响区B微影响区C竖向位移/mm10,)6,10)0,6)影响度4,53,4)2,3)1,2)0,1)对应变形/mm30,)20,30)10,20)6,10)0,6)4隧道下穿影响分区有限元计算4.1数值模型根据新建双线盾构隧道与既有隧道的空间位置关系，同时依据圣维南原理消除边界效应，建立的模型尺寸为150 m（长）144 m（宽）100 m（高），如图3所示。45新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023图3 数值模型示意Fig.3 Schematic diagram of numerical model新建双线盾构隧道与既有隧道的平面交叉角为90，二者之间的净距为1.69 m，其空间位置关系如图4所示。4.2计算参数选取数值模型中管片、既有隧道仰拱回填、注浆层、盾壳、地层均采用实体单元模拟，其中管片、既有隧道仰拱回填、注浆层采用弹性本构，地层包括杂填土、全风化泥岩、强风化泥岩、中等风化泥岩采用摩尔-库伦弹塑性本构。根据地质勘探资料确定计算参数，如表3所示。4.3模拟步骤数值模拟主要步骤为：（1）设置边界条件，约束图4 新建双线盾构隧道与既有隧道的相互位置关系示意Fig.4 Schematic diagram of location relationship between new double-line shield tunnel and existing tunnel表3 数值模型计算参数Table 3 Calculation parameters of numerical model材料名称管片既有隧道仰拱回填注浆层盾壳杂填土全风化泥岩强风化泥岩中等风化泥岩密度/(kg m-3）2 5002 5002 40015 0001 8601 7902 2002 430弹性模量/MPa34 50030 0004.8（硬化前）10.8（硬化后）200 000183070135泊松比0.20.20.30.20.20.270.370.170.31黏聚力/kPa53550300内摩擦角/（）16162530模型四周的法向位移和底部的竖向位移，顶部为自由面。（2）赋予地层相应的土体属性，并进行初始地应力场平衡。（3）既有隧道开挖，采用全断面一次性开挖模拟，并施作管片和仰拱。（4）在既有隧道开挖完毕后，新建双线盾构隧道开挖前，进行位移场清零28。（5）新建左线盾构隧道开挖：激活盾壳1，赋予盾壳1相应计算参数，开挖掘进步1，施加掌子面压力1（等同于掌子面处静止土压力的梯形荷载）；重复第1步，施作管片1，赋予管片1相应计算参数，钝化盾壳1，将盾壳1和盾尾间隙1激活，并赋予硬化前注浆层计算参数，同时对管片1和对应位置土体施加0.2 MPa的法向注浆压力29，30；重复第1、2步，赋予盾壳1和盾尾间隙1硬化后注浆层计算参数，并移除管片1和对应位置土体的注浆压力。重复以上3步直至新建左线盾构隧道开挖完毕，如图5所示。（6）新建右线盾构隧道开挖：在新建左线盾构隧道开挖完毕后，采用与新建左线盾构隧道相同的步骤进行开挖。4.4边界条件与材料参数标定46新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版图5 新建盾构隧道开挖过程示意Fig.5 Schematic diagram of excavation process of new shieldtunnel为了验证数值模型边界条件与材料参数的合理性，选取新建左线盾构隧道下穿既有隧道前50 m至110 m共计60 m的无穿越段作为验证段布置监测点，如图6所示。图6 验证段及监测点布设示意Fig.6 Schematic diagram of validation section and monitoringpoint layout对比新建左线盾构隧道验证段拱顶竖向位移、拱底竖向位移、左拱腰水平位移、右拱腰水平位移的模拟值与监测值，如图7所示。图7 模拟值与监测值对比曲线Fig.7 Comparisoncurvebetweensimulatedandmonitoredvalues由图7可知，模拟值与监测值二者的曲线形状都呈现出稳定波动形态。模拟值整体比监测值略大，但是二者之间的差值很小，处于正常范围内。据此，可以验证本文数值模型所用边界条件和材料参数与实际工程基本相符。4.5工况设计设新建双线盾构隧道与既有隧道之间的净距为S，新建双线盾构隧道左线与右线之间的间距为L，如图8所示。选取净距S的范围为04.0D，间距L的范围为 03.0D，基于此设计不同的下穿工况。其中，净距S分别取0.5D、1.0D、1.5D、2.0D、3.0D、4.0D共6种工况，间距L分别取1.0D、1.5D、2.0D、3.0D共4种工况，具体计算工况如表4所示。图8 变量参数示意Fig.8 Schematic diagram of variable parameters表4 计算工况编号Table 4 Calculation cases间距L净距S1.0D（6 m）1.5D（9 m）2.0D（12 m）3.0D（18 m）0.5D（3 m）1713191.0D（6 m）2814201.5D（9 m）3915212.0D（12 m）41016223.0D（18 m）51117234.0D（24 m）612182447新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.20234.6 计算结果分析对新建双线盾构隧道下穿施工所引起的既有隧道的附加位移进行研究，统计24个工况下既有隧道管片的最大沉降值，如表5所示。表5 既有隧道管片最大沉降值（单位：mm）Table 5 Maximum settlement of existing tunnel segments(Unit:mm)间距L净距S1.0D（6 m）1.5D（9 m）2.0D（12 m）3.0D（18 m）0.5D（3 m）18.78315.34313.41010.7661.0D（6 m）15.55312.58910.2558.4331.5D（9 m）11.0768.8417.0655.9842.0D（12 m）8.7637.5436.1564.4343.0D（18 m）8.7086.4905.5434.3694.0D（24 m）7.7696.2895.5574.521以净距S为1.5D为例，间距L分别为1.0D、1.5D、2.0D、3.0D工况下，新建双线盾构隧道下穿结束时的既有隧道竖向变形云图如图9所示，同时提取既有隧道底部的竖向位移值绘制为曲线，如图10所示。由图9、图10可知，当新建双线盾构隧道下穿既有隧道结束时，既有隧道管片的最大沉降区位于新建双线盾构隧道之间，既有隧道管片的沉降呈现“U”型。随着间距L的增大，既有隧道管片最大沉降值的数值逐渐减小，“U”型沉降槽的峰值减小；既有隧道管片最大沉降区的范围逐渐增大，“U”型沉降槽的峰值范围逐渐增大。净距S为其余工况时，既有隧道管片的沉降变化规律与净距S为1.5D时的规律相同。图9 S=1.5D时不同双线间距下既有隧道竖向变形云图Fig.9 Vertical deformation contour of existing tunnel under different interval between double lines when S=1.5D绘制既有隧道管片最大沉降值与净距S的变化曲线，如图11所示。绘制既有隧道管片最大沉降值与间距L的变化曲线，如图12所示。由表5、图11和图12可以看出：（1）新建双线盾构隧道下穿施工造成的既有隧道管片最大沉降值和新建隧道与既有隧道之间的净距S呈负相关。随着二者净距S的增大，新建双线盾构隧道开挖造成的地层扰动对既有隧道的影响逐渐减弱，所以既有隧道管片最大沉降值随新建双线盾构隧道与既有隧道之间的净距S的增大而减小。（2）新建双线盾构隧道下穿施工造成的既有隧道管片最大沉降值和新建隧道左线与右线之间的间距L呈负相关。随着新建双线盾构隧道左线与右线间距L的增大，新建双线盾构隧道左线与右线分别48新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版图10 S=1.5D时不同双线间距下既有隧道底部竖向位移曲线Fig.10Vertical displacement curve of existing tunnel bottomunder different interval between double lines when S=1.5D图11 既有隧道管片最大沉降值与净距S的变化曲线Fig.11 Curve of maximum settlement of existing tunnel segments distance S图12 既有隧道管片最大沉降值与间距L的变化曲线Fig.12 Curve of maximum settlement of existing tunnel segments vs.intervalL开挖对周边地层扰动的叠加效应逐渐减弱，进而对既有隧道的影响也逐渐减弱，所以既有隧道管片最大沉降值随新建双线盾构隧道左线与右线之间的间距L的增大而减小。（3）由图11可以看出，既有隧道管片最大沉降值与净距S的变化曲线在净距S达到2.0D后曲率产生突变，有明显减缓趋势，并且在图12中，S/D=2.0、S/D=3.0和S/D=4.0三者的曲线具有重合的趋势。由此可以得出，在新建双线盾构隧道下穿既有隧道施工时，当新建双线盾构隧道与既有隧道之间的净距大于2.0D时，净距S对于既有隧道的影响会有明显减弱。4.7近接影响分区建立首先，根据依托工程实际情况，对式（3）中的个别系数进行假设：（1）新建双线盾构隧道正交下穿既有隧道，以正交下穿为基准，可取2ij=1。（2）以土压平衡式盾构为基准，则3ij=1。（3）以成都泥岩地层为基准，则4ij=1。（4）既有成自高铁锦绣隧道建成时间较短，结构健全度为1，则5ij=1。（5）隧道采取常规施工措施即盾构施工，则6ij=1。（6）以工况 10 即S=2.0D、L=1.5D为基准情况，此时既有隧道最大管片沉降值为7.543 mm，则有Kij=7.543。（7）几何近接度修正系数11ij以L/D=1.5为基准，对既有隧道管片最大沉降值与几何近接度S/D进行回归分析，如图13所示。相关系数为0.961 3，可见既有隧道管片最大沉降值与几何近接度S/D的相关性较好。图13 既有隧道管片最大沉降值与S/D的拟合曲线Fig.13 Fitting curve of maximum settlement of existing tunnelsegments vs.S/D根据图13的回归公式，可得到既有隧道管片最大沉降值U与几何近接度S/D的统计关系。49新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023U=11.31357(S/D)-0.47222（5）既有隧道管片最大沉降值U与基准工况既有隧道管片最大沉降值7.543 mm的比值，即为几何近接度影响修正系数11ij，由此可得到几何近接度影响修正系数11ij的表达式：11ij=1.49988(S/D)-0.47222（6）其中D=6.0m，当S/D=2.0时，应有11ij=1，由此，式（6）可调整为式（7）：11ij=1.38724(S/D)-0.47222（7）从而得出了几何近接度影响修正系数11ij与几何近接度S/D的统计关系。（8）几何近接度修正系数21ij以S/D=2.0为基准，对既有隧道管片最大沉降值与几何近接度L/D进行回归分析，如图14所示。相关系数为0.965 0，可见既有隧道管片最大沉降值与几何近接度L/D的相关性较好。图14 既有隧道管片最大沉降值与L/D的拟合曲线Fig.14 Fitting curve of maximum settlement of existing tunnelsegments vs.L/D根据图14的回归公式，可得到既有隧道管片最大沉降值U与几何近接度L D的统计关系：U=9.00479(L/D)-0.57877（8）既有隧道管片最大沉降值U与基准工况既有隧道管片最大沉降值7.543 mm的比值，即为几何近接度影响修正系数21ij，由此可得到几何近接度影响修正系数21ij的表达式：21ij=1.19379(L/D)-0.57877（9）其中D=6.0m，当L/D=1.5时，应有21ij=1，由此，式（9）可调整为式（10）：21ij=1.26449(L/D)-0.57877（10）从而得出了几何近接度影响修正系数21ij与几何近接度L/D的统计关系。将上述各项系数代入式（3），得到既有隧道管片最大沉降值U的表达式：U=Kij11ij21ij=13.23156(S/D)-0.47222(L/D)-0.57877（11）根据表2中影响度与竖向位移的对应关系，可以构造影响度与既有隧道管片最大沉降值的函数。Iij=0.29353U0.78198（12）式中：Iij为近接影响度；U为既有隧道管片最大沉降值。将式（11）代入式（12），即可得到基于既有隧道管片最大沉降值的关于几何近接度的影响表达式：Iij=0.2935313.23156(S/D)-0.47222(L/D)-0.578770.78198（13）L/D=Iij0.293530.7819813.23156(S/D)-0.47222-0.57877（14）当Iij=1时，L/D=0.36237(S/D)-0.47222-0.57877（15）当Iij=2时，L/D=0.87926(S/D)-0.47222-0.57877（16）以S/D为横坐标、L/D为纵坐标绘制关系曲线，构建成都泥岩地层新建双线盾构隧道下穿既有隧道的近接影响分区，如图15所示。该近接影响分区的应用范围为：新建隧道穿越既有隧道为正交下穿、新建隧道施工方法为土压平衡式盾构、地质条件为泥岩地层、既有隧道无劣化、新建隧道采取盾构法施工。图15 基于既有隧道管片最大沉降值的近接影响分区Fig.15 Adjacent impact zoning based on maximum settlementof existing tunnel segments由图15可知，在成都市泥岩地层进行新建双线盾构隧道下穿既有隧道的施工时，大部分工程的下穿工况都将位于强影响区或弱影响区。因此，对在强影响区和弱影响区中施工提出针对性的控制措施，对于类似下穿工程的设计和施工提供一定的参50新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版考和指导意义。5新建双线盾构隧道下穿既有隧道分区控制措施依据文献8，9，隧道工程近接施工常用的加固措施有：既有隧道拱架加强、既有隧道横撑加强、新建隧道注浆加固、新建隧道加厚衬砌、中间地层采取隔断、中间地层进行强化等。通过数值模拟对以上控制措施的控制效果进行探究发现：中间地层采取隔断、中间地层进行强化、既有隧道拱架加强的控制效果较强，建议用于强影响区中的施工；既有隧道横撑加强、新建隧道注浆加固、新建隧道加厚衬砌的控制效果相对较弱，建议用于弱影响区中的施工。结合依托工程新建双线盾构隧道下穿既有隧道的工程特点，综合考虑控制效果、施工进度、施工经济等因素，提出在强影响区中施工采用中间地层隔断的控制措施，在弱影响区中施工采用新建隧道注浆加固的控制措施。5.1强影响区控制措施针对在强影响区中施工，提出一种施作在新建双线盾构隧道与既有隧道之间的“门式”保护结构。如图16所示，该“门式”保护结构由顶板、冠梁、侧墙三部分组成，用以隔绝新建双线盾构隧道施工对既有隧道造成的扰动，控制既有隧道结构的沉降。图16 强影响区“门式”保护结构控制措施示意Fig.16 Schematic diagram of gate type protection structurecontrol measures in strong impact zone由图15可知，工况1位于近接影响分区的强影响区中，且由表5可知，工况1既有隧道管片最大沉降值是强影响区施工工况中最大的。因此，将“门式”保护结构运用于工况 1，通过有限差分软件FLAC 3D对“门式”保护结构的控制效果进行模拟，模型尺寸和计算参数与工况1相同。新增计算参数如表6所示，围护墙、侧墙、冠梁、顶板均采用弹性本构，人工填土采用摩尔-库仑弹塑性本构。表6“门式”保护结构计算参数Table 6 Calculation parameters of gate type protectionstructure材料名称围护墙侧墙冠梁顶板人工填土密度/(kg m-3)2 5002 5002 5002 5001 860弹性模量/MPa30 00030 00030 00030 00018泊松比0.20.20.20.20.27黏聚力/kPa内摩擦角/（）16如图17所示，“门式”保护结构的模拟过程为：（1）施作等效围护墙，依据刚度等效原则，将围护桩等效为围护墙，激活围护墙单元，赋予围护墙单元相应计算参数；（2）竖井开挖，钝化竖井土体单元；（3）“门式”保护结构侧墙对应土体开挖，钝化“门式”保护结构侧墙土体单元；（4）施作“门式”保护结构侧墙，激活“门式”保护结构侧墙单元，赋予侧墙单元相应计算参数；（5）施作“门式”保护结构冠梁，激活“门式”保护结构冠梁单元，赋予冠梁单元相应计算参数；（6）施作“门式”保护结构顶板，激活“门式”保护结构顶板单元，赋予顶板单元相应计算参数；（7）覆土回填，激活“门式”保护结构上方土体单元，赋予土体单元相应计算参数。“门式”保护结构施作完毕后，按照数值模拟步骤进行既有隧道和新建双线盾构隧道的开挖模拟。对比工况1条件下未采取和采取“门式”保护结构的既有隧道管片最大沉降值随新建双线盾构隧道掌子面开挖里程变化的时程曲线，如图18所示。工况1未采取“门式”保护结构时，当新建双线盾构隧道左线和右线完全穿越既有隧道时，既有隧道管片最大沉降值为18.78 mm，已超出既有隧道竖向位移控制值10 mm。工况1采取“门式”保护结构后，当新建双线盾构隧道左线和右线完全穿越既有隧道时，既有隧道管片最大沉降值为 4.30 mm，折减77.10%，小于既有隧道竖向位移预警值6 mm。证明了当新建双线盾构隧道下穿既有隧道施工处于强影响区时，“门式”保护结构可以有效控制既有隧道管片的最大沉降值，保护既有隧道的结构安全。当新建双线盾构隧道下穿既有隧道结束时，“门式”保护结构的变形如图19所示，可知“门式”保护结构的最大竖向变形为5.76 mm，最大水平变形为2.26 mm，其自身变形值也较小。5.2弱影响区控制措施针对在弱影响区中施工，依据文献31，提出采51新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版Vol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023图18 强影响区未采取和采取控制措施沉降效果对比Fig.18 Comparison of settlement effects with/without controlmeasures taken in strong impact zone用新建盾构隧道管片壁后注浆加固的控制措施。如图20所示，新建双线盾构隧道管片壁后注浆加固范围为0.5D，新建双线盾构隧道管片壁后注浆加固可增强新建隧道开挖周边地层的强度和刚度，减小周边地层的变形，从而减小既有隧道管片的最大沉降值，保护既有隧道的结构安全。由图15可知，工况9位于近接影响分区的弱影响区中，且由表5可知，工况9既有隧道管片最大沉降值是弱影响区施工工况中最大的。因此，将管片壁后注浆加固的控制措施运用于工况9，通过有限差分软件FLAC 3D对管片壁后注浆加固的控制效果进行模拟，模型尺寸和计算参数与工况9相同。依据文献31，32，注浆加固区加固土体采用摩尔-库仑弹塑性本构，计算参数如表7所示。表7 加固土体计算参数Table 7 Calculation parameters of reinforced soil body材料名称加固土体密度/(kg m-3)2 920弹性模量/MPa202.5泊松比0.25黏聚力/kPa450内摩擦角/（）36对比工况9条件下未采取和采取管片壁后注浆加固的既有隧道管片最大沉降值随新建双线盾构隧道掌子面开挖里程变化的时程曲线，如图21所示。图17“门式”保护结构模拟过程Fig.17 Simulation process of gate type protection structure52新建双线盾构隧道下穿既有隧道近接影响分区及控制措施案例研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.60,No.4(Total No.411),Aug.2023第60卷第4期(总第411期),2023年8月出版图20 弱影响区管片壁后注浆加固控制措施示意Fig.20 Schematic diagram of control measures of grouting reinforcement behind segment wall in weak impact zone图21 弱影响区未采取和采取控制措施沉降效果对比Fig.21 Comparison of settlement effects with/without controlmeasures taken in weak impact zone工况9未采取管片壁后注浆加固时，当新建双线盾构隧道左线和右线完全穿越既有隧道时，既有隧道管片最大沉降值为8.84 mm，已超出既有隧道竖向位移预警值6 mm，但未超出既有隧道竖向位移控制值10 mm。工况9采取管片壁后注浆加固后，当新建双线盾构隧道左线和右线完全穿越既有隧道时，既有隧道管片最大沉降值为3.81 mm，折减56.86%，小于既有隧道竖向位移预警值6 mm。证明了当新建双线盾构隧道下穿既有隧道的近接度处于弱影响区时，管片壁后注浆加固可以有效控制既有隧道管片的最大沉降值，保护既有隧道的结构安全。6现场监测验证6.1实际工程近接影响分区确定本文依托工程为成都地铁30号线一期工程锦逸站娇子立交站，在实际工程中，新建地铁30号线双线盾构隧道与既有成自高铁锦绣隧道的净距S为1.69 m，新建地铁30号线双线盾构隧道左线和右线的间距L为21.74 m。将新建双线盾构隧道与既有隧道之间的净距S、新建双线盾构隧道左线和右线之间的间距L分别除以新建隧道的当量直径D，便可计算出工程的几何近接度。将计算结果代入图15中，便可得出工程所处的影响分区，如图22所示。图22 依托工程实际近接影响分区Fig.22 Adjacent impact zoning based on a