正上方加卸载对盾构隧道变形的影响分析
范走走'，郭晓航”，邓指军”，徐意智
（1.同济大学地下建筑与工程系，上海200092:2.同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海200092；3.上海轨道交通维护保障中心，上海200070）
[摘要】在软土地区，隧道正上方加卸载会导致盾构随道产生不均匀沉降和隆起，引发随道产生渗漏、结构破损等各种病害，影响列车运营安全.通过以隧道正上方河道内加卸载的工程实例，对随道内实测数据分析和采用有限元进行模拟工况分析计算，评价隧道正上方加卸载对盾构隧道变形的影响.
[关键词】随道工程：盾构；加载；卸载：变形；有限元分析
[文章编号】1002-8498（2014）07-0107-03
[中图分类号]U459.5 [文献标识码]A
DeformationAnalysisofShieldTunnelwithLoadingandUnloadingAbove
Fan Yaoyao' Guo Xiaohang²， Deng Zhijun² Xu Yizhi(1. Departmen of Geosechnical Eagisering Tongi Unierniy Shanghai 200092 China;2. Tongji Architectaral Design( Group) Co. Lad. Shanghai200092 China;3. Shanghai Rail Transit Maintenance Support Center Shanghai 200070 China)
Abstraet;In soft soil area uneven setlement will occur in shield tunnel loading or unloading above itwill lead leakage and structure damage and so on and the safe of train operation will be influenced. Bytsking loading and unloading on river bed above tunnel as an example the measured data are analyzedand the construetion stage is calculated by means of finite element the influence of shield tunneldeformation owing to loading or unloading above tunnel is judged.
Key words ;tunnels; shields; loading; unloading; deformation; finite element analysis
上海地铁盾构隧道主要位于软土地层中，其上较大的影响，另外，位于隧道正上方的河床冲 方大面积加载与卸载必然会对盾构隧道变形产生淤、道路施工、园林绿化等施工活动，虽然荷载范围相对较小，但如果与隧道的竖向距离较小，也会对隧道变形产生较大的影响.
1工程概况
小港河道位于上海地铁9号线中春路一九亭区间盾构段正上方，两者在平面上十字相交，原河 道深3m，宽24m，河道底与地铁隧道间的净距为5m，新旧河道底、堆土及隧道间位置关系如图1所示.由于嘉闵高架的施工，将9号线正上方河道堆填作为存梁场地，回填土的高度为4.5m，导致下方9号线产生较大的不均匀沉降：在高架完成后，河道 进行清淤恢复，新河道深度加深到4m，河道宽度变为32m，导致9号线在短时间内产生较大的上抬
图1新旧河道底、堆土及隧道间位置关系（单位：m）Fig. 1 Relationship of the new and old river bed soll and tunnel( unit;m)
变形.
在加载期间，隧道沉降区域内部分环缝局部出现新增湿迹现象（见图2），而卸载后，新增的环缝湿迹消失.而在此期间内，隧道收敛变形未发生明显变化.
2地铁监测数据及分析
2.1河道加卸载及对应隧道变形情况（见图3，4） 河道回填时间为2009年9月26日，回填后，对
Fig.2 The seepage of tunnel 图2随道渗漏情况
月21日，7个月时间内的沉降量最大达28mm，地铁 应段盾构隧道产生持续不均匀下沉，到2010年4差异沉降变大，曲率半径达到10000m左右.河道清理前，隧道上方覆土厚度为9.5m，2010年4月17日河道开始逐步开挖，至2010年5月16日，挖深达5.5m，卸荷比3（卸荷量与总荷载量的比）达0.58. 由于短期内隧道上方土方卸荷量太大，导致局部隧道大幅上拾，在1个月的时间内地铁隧道隆起量最大达21.3mm
图3河道内各阶段工况对应地铁隆沉变形曲线Fig. 3 The curves of vertical deformation in different construction stage
图4垂直位移变化最大点L26历时曲线Fig.4 The curve of the largest vertical deformationpoint L26 in different time
2.2河道加载对隧道变形影响分析（见图5，6）
根据隧道变形曲线，河道堆土后，除河道正下方地铁隧道产生大的沉降外，在河道投影线外27~48m 范围内的地铁隧道也有沉降产生，其中投影线外沉降比较明显的范围（暂称为沉降强影响区）为12m，投影
图5河道堆土后地铁随道沉降曲线
Fig.5 The curve of tunnel settlement after loading
图6河道加载后地铁隧道沉降影响范围（单位：m） Fig.6Influence field of tunnel settlementafter loading(unit ;m)
线外沉降相对较小的范围（暂称为沉降弱影响区）为18-36m；河道宽度为24m，受河道加载影响面产生沉降的隧道范围约为3-4倍的加载宽度（河道投影宽度）.其中沉降强影响区约为加载区的一半，沉降弱 影响区为0.75~1.5倍的加载区宽度.
2.3河道卸载对隧道变形影响分析（见图7.8）
图7河道开挖后地铁隆起曲线（开挖前后差值）
Fig.7 The curve of tunnel heaving after excavation
图8河道卸载后地铁疑道隆起影响范围（单位：m）Fig.8 Influence field of tunnel heavingafter unloading( unit;m)
隧道产生大的隆起外，在河道投影线外80m左右范 由图7，8看出，河道开挖后，除河道正下方地铁围内的地铁隧道也有隆起产生，其中投影线外隆起
3有限元分析
4结语
比较明显的范围（暂称为隆起强影响区）为24m，投影线外隆起相对较小的范围（暂称为隆起弱影响区）为56m；河道宽度为32m，受河道卸载影响而产生隆起的隧道范围约为6倍的卸载宽度（新河道投影宽度）.其中隆起强影响区约为卸载区的0.75 倍，隆起弱影响区为1.75倍的卸载区宽度.
利用有限单元来模拟实际工程是一种比较常用的手段.本文采用MIDAS/GTS建立三维有限元计算模型，分析河道内堆土和卸土两种工况下盾 构隧道的变形情况.采用摩尔-库伦模型进行建模计算，参数如表1所示，模型如图9所示.
表1土层物理力学参数
Table 1Physical and mechanical parameters of solls
厚度/ 重度/ 弹性 拍 黏聚力 内摩擦角土层 m （kNm) 模量/ MPs 松比 kPs p/（）填土 4.5 17.0 - - - -② ③11.0 3.0 18.7 17.2 15 9 0.31 0.33 22 18.5 15.59.0 16.7 6 0.33 14 10.5①14.0 6.0 19.4 19.0 21 36 0.30 0.29 45 3 31.5 15.5隧道 盾构 0.35 25.0 30 000 0.20 -
图9有限元计算模型Fig. 9 Model of finite element calculation
河道内填土后，经计算，隧道最大沉降量为35.5mm.河道内填土被挖除，且比原河道加深1m形量为41.9mm. 后，隧道上抬变形至6.4mm，相对下沉后的上拾变
1)隧道正上方加卸载不但对加卸荷载投影范图内的隧道有影响，而且对投影范围外一定区域内的隧道有影响，影响程度与加卸载投影范围的距离 成反比关系.
2）在加载量为隧道原上覆土荷载量0.9倍的情况下，受加载影响而产生沉降的隧道范围约为3-4倍加载宽度.其中沉降强影响区约为加载区一半，沉降弱影响区为0.75~1.5倍加载区宽度.
参考文献：
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参考文献：
3）在卸荷比为0.58的情况下，受卸载影响而产生隆起的隧道范围约为6倍的卸载宽度.其中隆起强影响区约为卸载区的0.75倍，隆起弱影响区为1.75倍的卸载区宽度.
为21.3mm，说明土体经加载压缩固结后，再经过卸 4）隧道实测最大下沉量为28mm，最大上拾量载，部分压缩固结无法恢复.
5）隧道实测的沉降和上抬的线形与有限元计算得出的线形相接近，数量级别相近，具有可比性，可通过有限元计算预估类似工况下的隧道变形.
6）隧道实测最大下沉量为28mm，通过有限元计算最大下沉量为35.5mm，说明土体的固结具有时间性，实测值是某一时间点的沉降量，有限元计算得到的是最终量.
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