摘 要

随着近年来我国经济的快速发展，各大中型城市开始越来越多的修建地铁这一公共交通设施，地铁隧道近距离重叠穿越施工的案例不断增多。本次研究将以上海轨道交通11号线秣陵路区间先后上下穿越地铁4号线为工程依托，采用有限元分析软件ABAQUS对该工程进行三维数值模拟，对不同施工工序下地铁盾构隧道上下穿越施工对既有隧道的沉降和内力存在的影响进行分析，得出以下结论：

（1）新建隧道的施工工序，即上下穿越隧道采取“先上后下”和“先下后上”两种不同的施工工序对既有隧道的沉降和内力存在不同的影响。通过对两种工序进行数值模拟并对比分析得出“先上后下”这一施工工序更优的结论。

（2）通过对不同交叠距离条件下地铁盾构施工对地表沉降、上部土体位移、重叠区域土体位移的影响进行分析，得出在城市交叠隧道施工时的最不利交叠距离范围。

关键词：盾构隧道；重叠施工；有限元分析；数值模拟；位移

Influence of Overhead Construction of Metro Shield Tunnel on Existing Tunnels Built Above

ABSTRACT

More and more large cities are building subways, a public transportation facility,with the rapid development of  China's economy in recent years.The number of overlapping constructions of subway lines is increasing.I will rely on Shanghai Metro Line 11,Moling Road section .This paper will use three-dimensional numerical simulation of the project using finite element analysis software.By analyzing the influence of different construction sequences on the existence of subway shield tunnel construction.We can draw the following conclusions:

1. The construction sequence of the new tunnel has an impact on the settlement and internal forces of the existing tunnel.By comparing and analyzing these two situations, it is better to get the situation of “first go up and down”.
2. By analyzing the effects of subway shield tunnel construction on ground settlement, upper soil displacement and soil displacement in overlapping areas under different overlapping distances, we can derive the range of the most unfavorable overlapping distances when constructing urban overlapping tunnels.

Key words : shield tunnel ;overlap construction ;finite element analysis ;numerical simulatoin ;displacement

目录

1 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究的意义 2

1.2国内外研究现状 3

1.2.1地铁盾构施工衬砌结构的内力及变形情况的研究现状 3

1.2.2地铁盾构施工对周边既有建筑的影响规律的研究现状 10

1.3本文的研究内容和计划 14

1.4本文的研究特色与创新 14

2 研究基本情况介绍 16

2.1概述 16

2.2 研究方法介绍 16

2.3软件介绍 16

2.3.1概述 16

2.3.2模型介绍 16

2.4隧道施工介绍 18

2.4.1新建隧道与既有隧道接近施工分类 18

2.4.2盾构掘进时土层变形过程 18

2.5小结 19

3 地铁盾构隧道穿越施工的数值模拟 20

3.1概述 20

3.2工程概况 20

3.2.1工程背景 20

3.2.2工程数据 21

3.3数值模拟步骤 22

3.4“先上后下”施工的有限元分析 23

3.4.1既有隧道的沉降分析 24

3.4.2既有隧道的轴力分析 30

3.5“先下后上”施工的有限元分析 33

3.5.1既有隧道的沉降分析 33

3.5.2既有隧道的轴力分析 39

3.6不同交叠距离对盾构施工的影响 42

3.6.1不同交叠距离对地表沉降的影响 42

3.6.2不同交叠距离对上部土体位移的影响 43

3.6.3不同交叠距离对重叠区域土体位移的影响 45

3.7小结 46

4 结论与展望 47

4.1结论 47

4.2建议与展望 47

致谢 49

参考文献 50

1 绪论

1.1 引言

1.1.1 研究背景

步入新世纪，随着社会经济的快速发展，我国城市化进程的步伐逐步加快，城市规模越发壮大，城市中心区域建筑物和人流量越来越密集。地面可用于开发面积越来越少，随之而来的，将是拥挤的交通，落后的基础建设等一系列社会问题，这些问题将严重阻碍我国加快城市化进程的发展要求，并时刻影响城市居民的生活环境与生活质量。为了缓解并解决这一问题，城市的建设者与规划者不得不处理好城市发展与用地短缺之间的矛盾，以达到满足发展与可持续并存的需求。为了满足这一社会需求，合理开发并利用城市的地下空间成为了解决这一社会问题最适用且有效的方案。

由此，地下交通隧道，地下给排水管道，地下线缆通道应运而生。而随着近年来诸多大型城市，一线发达地区的基础建设逐步完善，城市的地下空间被不断的开发和利用。一些发达城市的中心区域地下空间开发趋于紧张这一点上。为满足使用需求，往往会出现重叠隧道的案例，这一现象大量的出现在地铁站以及区间隧道工程中。以素有“中华第一商圈”之称的南京市新街口地区为例，整个新街口地区的地下空间构造极其复杂，囊括了地下商场、过街通道、以及地铁一号线二号线的地下空间站，此地区地下管线及其繁多，如图1-1所示。再以世界上著名的地铁城市纽约为例，截至到2017年，纽约地铁营运线路为369公里，拥有30条地铁路线和468个地铁站，如图1-1所示。这些错综复杂的地下交通管线，存在多处下穿隧道的案例。在这些城市的轨道交通规划中不可避免的出现重叠穿越施工的情况，这就给我们带来了一项新的研究课题。

本文将以上海市轨道交通11号线上下穿越既有4号线为工程依托，针对地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方既有隧道的影响这一课题进行分析和研究，以得出在实际工程施工时具有参考和指导意义的相关结论。