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摘要：随着城市地铁、地下公路和综合管廊的快速发展，在既有地下结构附近出现了大量新的盾构隧道工程。盾构施工必然会对邻近既有构筑物和周围地层造成额外的变形和应力，对邻近构筑物造成安全隐患。此外，盾构隧道由管片和接缝组成，隧道中存在大量的接缝结构。邻近既有构筑物（构筑物）的附加变形可能进一步导致在建盾构隧道的结构应力变化，造成管段损伤和渗水等结构缺陷，增加隧道后期运营的难度和额外的经济损失。因此，研究盾构施工及其控制技术是十分必要的。
关键词：盾构隧道；暗挖隧道；近接施工；控制技术
1盾构法简述
盾构法是盾构机在地下隐蔽开挖法中使用的一种施工方法，整个施工属于自动机械施工，它的主要特点是在土体缓慢向前移动，同时推进空间结构加固和盾构周边土体的推进，通过盾构施工机对盾构壳进行支撑，防止坍塌。盾构机前段通过刀片切土，然后将土通过机内的运输装置送出的一种施工方法。当每一段距离前进时，盾构机尾部利用压力装置将预制段拼装起来，形成隧道。盾构法施工越来越得到人们的关注，盾构法施工有其独特的施工条件、施工优点；盾构法施工主要运用在地下设施埋深较深的地方或者地层松软的含水层。符合以下几点可采用盾构法施工：（1）有相应适合盾构机进出场地的条件，且所开挖的线位上有相应的工作井。（2）埋深较大的土层，上部覆土厚度不小于盾构直径且不小于6m。（3）需要使用盾构开挖的地层与相对均质的地质条件；（4）洞室与建（构）筑物及洞室与洞室之间的间距满足水平间距1m，竖直方向1.5m。（5）考虑经济效益，连续的施工长度不应小于300m。
2盾构邻近既有暗挖隧道施工影响分析
2.1模型建立
为了研究现有的隧道的建设影响毗邻盾牌和验证的可靠性主要支持隧道的加固技术，通过有限元分析建立了三维计算模型，其中包括地层，盾构隧道的直线，现有的隧道，充分考虑了袖拱和横撑结构，以及主控制肋的存在。模型包含的盾构衬砌管片、暗挖隧道初支结构、中隔墙、配筋、套拱和横撑等均按设计尺寸考虑。模型总尺寸为60m×35m×22m，模型上部边界为自由面，底部边界固定竖向位移，其余边界固定水平位移。
2.2计算参数
在数值分析过程中，将不同地层的土体视为理想弹塑性材料，采用摩尔-库仑本构模型，并根据地质勘探结果确定参数。线弹性材料用于隧道的初始支、中间隔断墙和盾构管片衬砌。其中，暗挖隧道初期支护结构采用C25混凝土，中隔墙采用C45混凝土，盾构隧道采用C50混凝土。初支套拱钢架、初支和中隔墙配筋及横撑为Q235钢材，采用金属材料双折线本构模型。数值分析过程中，取管片幅宽作为盾构隧道每步掘进长度，即1.2m。此外，参考盾构右线进入近接施工范围前的既有掘进参数记录表，取最大值13200kN作为数值模型中施加的掘进推力。
2.3暗挖隧道变形分析
盾构隧道右线开挖引起的卸荷效应会改变周围地层应力场的分布，从而导致隧道结构的附加变形和应力变化。可以看到，在横向变形方面，暗挖隧道整体表现为远离盾构隧道右线的变形趋势。其中，暗挖隧道中上部结构变形较小，仅为0.88mm左右，而下部结构（特别是中洞立柱底部区域）变形较大，能够达到7.09mm。此外，总体而言，随着右线盾构隧道的掘进，暗挖隧道的横向位移逐步增大，最大值出现在盾构右线隧道全部贯通后，这表明右线盾构隧道的开挖会对暗挖隧道在横向产生一定的挤压效应。盾构开挖通常会导致管片衬砌结构发生“横鸭蛋”式变形，即拱顶和拱底向中心位移，而两侧拱腰远离中心位移。考虑到盾构右线恰好位于暗挖隧道右侧中下部位置，暗挖隧道的变形结果与盾构开挖导致的常规变形规律是相符的。
盾构右线开挖后，暗挖隧道整体结构在竖向呈现向上变形的趋势。
最大竖向变形出现在暗挖隧道右边洞拱底附近区域，约为5.61mm；最小竖向变形位于中洞左侧拱腰位置，约为0.09mm。不难发现，随着距离盾构右线隧道的距离增加，暗挖隧道衬砌结构产生的竖向附加变形逐渐降低，所受影响不断减小。值得注意的是，竖向变形结果在一定程度上反映了与横向变形结果一致的规律，即盾构右线开挖导致暗挖隧道衬砌结构受到一定的挤压效应。
2.4暗挖隧道受力分析
最大主应力约为1．77MPa，位于中洞中隔墙与初支结合部位，未超过C45混凝土最大受拉强度允许值。上述结果表明，针对暗挖隧道右边洞采用套拱和横撑，并恢复中洞横撑后，盾构右线近接施工对暗挖隧道衬砌造成的影响符合安全要求。此外，不难发现，中隔墙与初支连接位置出现了一定程度的应力集中，这可能是由于衬砌结构在几何上的不连续性导致的，其余位置的最大主应力基本呈现为均匀分布状态。
可以看到，最小主应力处于暗挖隧道右边洞拱腰下侧附近，其值达到6.13MPa，该处最小主应力表现出明显的应力集中特征，这可能是盾构右线开挖后造成的暗挖隧道衬砌结构横向和竖向附加变形的耦合作用结果。除上述位置外，暗挖隧道衬砌结构的最小主应力普遍较小，基本未超过4.60MPa，远小于初支结构和中隔墙的混凝土压应力设计值，满足安全要求。
2.5暗挖隧道初支钢架受力分析
钢架所受最大应力值出现在暗挖隧道右边洞和中洞交界处，这一位置与中隔墙和初支的交界是基本重合的。因此，上述结果进一步验证了暗挖隧道衬砌最大主应力计算结果的正确性。另一方面，暗挖隧道初支钢架所受应力最大值为401．8MPa，并未达到钢材的屈服强度。由此可见，初支钢架仍具备一定的承载能力，在盾构右线贯通后，暗挖隧道初支衬砌结构是出于安全状态的。
2.6暗挖隧道加固套拱及横撑受力分析
可以看到，套拱与横撑结构的最大应力仅为143．4MPa，远小于Q235钢材的屈服应力。此外，除横撑与套拱接触部位所受应力较大，其余位置应力值实际上大多未超过100MPa。
暗挖隧道右边洞加固套拱及横撑在不同位置的受力情况各有不同。其中，靠近车站出口段的套拱拱底位置、拱顶位置和拱腰位置受拉力较大，其最大值超过160kN。相对地，套拱与中洞初支结构接触位置所受压力较大，约为266.3kN。此外，与套拱相比，横撑所受轴力较小，基本未超过100kN，主要为压力，这与前文所述暗挖隧道变形规律是一致的。
从以上结果可以看出，本文提出的衬砌加固技术在盾构右线近距离隧道开挖施工过程中起到了很好的保护作用。通过对比可以看出，地下隧道右侧拱面起着主要的保护作用，横向支撑作为辅助措施也承担着明显的附加力。基于套筒拱和横向支撑的加固技术可以有效保证盾构施工条件下既有地下隧道衬砌结构的安全。
结束语
新盾构隧道与既有地下隧道的空间位置关系对开挖引起的结构附加应力和变形有明显影响。本文研究的盾构隧道位于既有地下隧道右下侧。隧道的密闭式施工对地下隧道产生一定的压缩效应，使地下隧道出现远离盾构正确方向的变形。
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