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盾构隧道近距离下穿既有隧道结构
受力特征研究
于 琪
（中国水利水电第一工程局有限公司，长春 130033）
［摘 要 ］ 依托深圳地铁12号线盾构隧道既有矿山法隧道工程，采用ANSYS软件研究既有隧道二次
衬砌及盾构管片受力特性。双线贯通后，既有隧道第一主应力最大值达到3.85 kPa ，第三主应力最大值
达到3.75 kPa，盾构隧道变形较小，最大沉降变形为0.91 mm，最大隆起变形为0.28 mm。最大主应力为
0.99 MPa，出现在右线隧道拱底位置。
［关键词 ］ 盾构隧道；下穿施工；结构受力；数值模拟
［中图分类号］
U 455.4 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 1001
-523X
（2022
）15
-0012
-02
researCh on the stress CharaCteristiCs of shield tunnels passinG throuGh
existinG tunnel struCtures at short distanCes
Yu Qi
［abstract
］
Relying on the existing mine method tunnel project of the shield tunnel of Shenzhen Metro Line
12, ANSYS was used to study the stress characteristics of the existing tunnel secondary lining and shield segment.
After the double line is penetrated, the maximum value of the first principal stress of the existing tunnel reaches
3.85 kPa, and the maximum value of the third principal stress reaches 3.75 kPa. The deformation of the shield tunnel
is small, the maximum settlement deformation is 0.91 mm, and the maximum uplift deformation is 0.28 mm. The
maximum principal stress is 0.99 MPa, which appears at the bottom of the tunnel arch on the right line.
［Keywords
］
shield tunnel; underpass construction; structural stress; numerical simulation
盾构隧道近接施工工程越来越多，其中地铁下穿
另一条地铁的案例常造成施工困难，不少工程人员对
此展开了研究。姜留涛等
[1]依托郑州地铁盾构隧道，
分析了粉质粘土地层盾构下穿地铁的变形控制技术。
陈向阳等
[2]结合理论与数值计算模型，分析了盾构超
挖对上部隧道沉降变形的影响。吴贤国等
[3]基于糊贝
叶斯证据理论，对盾构隧道下穿既有隧道进行安全评
价。依托深圳地铁12号线盾构隧道下穿11 号线既有矿
山法隧道工程，采用ANSYS软件进行数值模拟，研
究既有隧道二次衬砌及盾构管片受力特性，以指导设
计与施工。
1 数值模型建立
用ANSYS软件建立盾构隧道近距离下穿既有隧
道的三维模型，如图 1所示。图 2为两条地铁隧道的空
间位置关系。新建隧道埋深为20 m，隧道拱顶与既有
隧道仰拱净距为3.11 m。盾构隧道内径为5.5 m，管片
厚度为 0.35 m，外径为 6.2 m，计算时盾尾间距注浆等
代层为0.3 m 。新建隧道左、右线净距为11 m ，既有地铁左、右先净距为8.43 m。考虑计算模型的边界效
应，整个模型尺寸为
x
× y
× z
=100 m× 60 m×90 m，
x 、 y
、 z
方向如图1、图2所示。
既有地铁
11号线
素填土 微风化
变粒岩
新建盾构隧道
既有地铁11号线
新建盾构 隧道
图1 三维有限元计算模型 图2 两条地铁隧道位置关系
隧道穿越地层可简化成两层，从上至下分别是：
素填土、微风化变粒岩。围岩物理力学参数根据工程
的地质勘查报告进行确定。新建隧道结构的管片衬砌
采用C50钢筋混凝土，弹性模量为34.5 GPa，既有隧
道的初期支护采用C25混凝土，二次衬砌采用C50钢
筋混凝土材料，具体参数见表1。
表1 围岩及结构计算参数
土层 重度/
（kN/m 3） 内摩擦角/
（°） 粘聚力/
kPa 弹性模量/
MPa
素填土 17.62026.5
微风化变粒岩 26.5——12 000
管片 26.0——27 600
初期支护 21.0——400
二次衬砌 26.0——27 600
收稿日期：
2022–03–18
作者简介： 于琪（1984—），男，吉林长春人，工程师，主要研究
方向为城市地铁建造。
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Building Structure Building Technology Development 第49
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模型建立完成后，首先设置初始应力场，再对既
有隧道进行开挖，然后以 3环为开挖进尺对新建隧道
左线开挖与支护，最后以 3环为开挖进尺对新建隧道
右线开挖与支护。
2 计算结果分析
2.1 既有隧道二次衬砌受力分析
对盾构隧道近接下穿施工对既有隧道衬砌结构的
受力影响进行分析，以期揭示隧道结构在近接施工扰
动下的力学特性。基于此，双线贯通情况下既有隧道
衬砌结构的第一主应力和第三主应力云图，如图 3、
图4所示。
图3 既有隧道第一主应力云图 图4 既有隧道第三主应力云图
既有隧道在左线贯通后的第一主应力最大值为
3.48 kPa，出现在新建左线隧道正上方对应既有隧道
结构位置，在远离该位置处，既有结构的第一主应力
值很小。双线贯通后，既有隧道结构的第一主应力最
大值达到了3.85 kPa，相较于单线贯通，该主应力值
增大了11% 。
既有隧道在左线贯
盾构隧道近距离下穿既有隧道结构受力特征研究（论文）.pdf
