CN116201565A - 通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于盾构下穿施工的分析评估方法，涉及工程施工领域。该盾构下穿施工的分析评估方法包括：选取盾构下穿节点范围内的岩土及结构物；简化模型；建立模型，其中采用Plaxis3D建立三维有限元模型，几何模型底部施加完全固定约束，两侧施加竖直滑动约束，模型表面为自由边界，并且其中土体采用土体硬化模型模拟；以及分析评估计算结果。该方法通过对盾构下穿施工进行分析评估，从而设定合理的盾构下穿的施工控制参数和可控的保护指标，也针对盾构穿越施工中的风险因素的施工控制提供可靠的提前预估和判断，对盾构下穿施工进行有效的控制和调整，防止引起地层沉降等，提高盾构施工的掘进精度和质量。

Description

通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法

本申请是2020年3月6日提交的申请号为202010142122.X，发明名称为“用于盾构下穿施工的分析评估方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及工程施工技术领域，尤其涉及一种用于盾构下穿施工的分析评估方法。

背景技术

盾构法的是利用盾构进行隧道开挖等作业的施工方法。用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。然而，在盾构下穿的过程中，施工周边的环境、既有隧道地铁线路、建筑物基础和地下管线等可能因为新建隧道的盾构下穿施工而出现发生地表沉降等超出可控的范围，从而带来安全等风险隐患。由此可以看出，新建隧道盾构下穿对既有隧道造成影响，甚至可能影响到既有隧道等的正常运营。由此，对新建盾构下穿施工进行有效分析评估，具有重要的实际应用意义。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于盾构下穿施工的分析评估方法，能够通过对盾构下穿施工进行分析评估，从而设定合理的盾构下穿的施工控制参数和可控的保护指标，进而针对盾构穿越施工中的风险因素的施工控制提供可靠的提前预估和判断，对盾构下穿施工进行有效的控制和调整，防止引起地层沉降等，提高盾构施工的掘进精度和质量，从而避免既有隧道和新建隧道变形等风险隐患，提高了施工的安全系数。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种用于盾构下穿施工的分析评估方法，其特征在于，包括：选取盾构下穿节点范围内的岩土及结构物；简化模型；建立模型，其中采用Plaxis3D建立三维有限元模型，几何模型底部施加完全固定约束，两侧施加竖直滑动约束，模型表面为自由边界，并且其中土体采用土体硬化模型模拟；以及分析评估计算结果。

可选地，简化模型还包括：简化新建隧道与既有隧道的位置关系；和简化地层。

可选地，简化新建隧道与既有隧道的位置关系包括：对新建隧道左线和右线分别建立计算模型，其中新建隧道左线和右线中心间距为40m，并且存在于盾构下穿施工前后，其中新建隧道的坡度为0，埋深取最高点，并且其中盾构下穿节点处新建隧道和既有隧道被简化为直线。

可选地，简化地层包括：滤去中间层，仅保留2-2、4N-2、7-3、9-3地层；和增补2-2的粘聚力参数，其中9-3压缩模量为150000，且侧压力系数为0.3。

可选地，在新建立模型中，地层损失率取值为0.6%，并且施工过程模拟按照实际施工顺序分步进行。

可选地，施工过程模拟依序分成5个计算工况：新建隧道接近既有隧道；新建隧道掘进面到达既有隧道边界；新建隧道掘进面到达既有隧道底部；新建隧道掘进面到达既有隧道另一侧边界；以及新建隧道到达模型边界。

可选地，三维有限元模型的总长度为100m，总宽度为100m，深度为40米。

可选地，分析评估计算结果包括：对于新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道，选取不同的截面，通过不同截面的数据提取线来获得既有隧道和新建隧道的沉降规律。

可选地，在新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道时：既有隧道沉降均沿开挖线路纵向沉降，其中新建隧道盾构下穿掘进面越接近既有隧道，既有隧道所受影响越大；新建隧道沉降逐渐发展，而且在新建隧道与既有隧道交叠处，新建隧道上方地表沉降减小；并且新建隧道最大地表沉降量比既有隧道最大地表沉降量大，且既有隧道与新建隧道的最大地表沉降量比在第一数值范围之间。

可选地，对于新建隧道左线施工，既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第一比例，而对于新建隧道右线施工，既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第二比例，并且第一比例和第二比例的数值在第一数值范围之间。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：该方法能够通过对盾构下穿施工进行分析评估，从而设定合理的盾构下穿的施工控制参数和可控的保护指标，进而针对盾构穿越施工中的风险因素的施工控制提供可靠的提前预估和判断，能够对盾构下穿施工进行有效的控制和调整，防止引起地层沉降等，避免既有隧道和新建隧道变形等风险隐患，提高了施工的安全系数，并提高盾构施工的掘进精度和质量。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是根据本发明实施例的用于盾构下穿施工的分析评估方法的主要流程的示意图。

图2是根据本发明实施例的盾构下穿处平面示意图。

图3是根据本发明实施例的新建隧道左线的计算断面示意图。

图4是根据本发明实施例的新建隧道右线的计算断面示意图。

图5是根据本发明实施例的新建隧道左线计算模型及隧道位置关系示意图。

图6是根据本发明实施例的新建隧道右线计算模型及隧道位置关系示意图。

图7是根据本发明实施例的有限元施工过程模拟的计算工况的示意图。

图8是根据本发明实施例的新建隧道左线的计算结果分析断面的示意图。

图9是根据本发明实施例的新建隧道左线盾构下穿既有隧道时既有隧道沉降曲线的示意图。

图10是根据本发明实施例的新建隧道左线盾构下穿既有隧道时新建隧道沉降曲线的示意图。

图11是根据本发明实施例的新建隧道右线的计算结果分析断面的示意图。

图12是根据本发明实施例的新建隧道右线盾构下穿既有隧道时既有隧道沉降曲线的示意图。

图13是根据本发明实施例的新建隧道右线盾构下穿既有隧道时新建隧道沉降曲线的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

根据本发明实施例的一个方面，本发明基于图1至图13提供了一种用于盾构下穿施工的分析评估方法。

图1是根据本发明实施例的用于盾构下穿施工的分析评估方法的主要流程的示意图。

如图1所示，本发明的用于盾构下穿施工的分析评估方法主要包括以下四个步骤：步骤S1，选取盾构下穿节点范围内的岩土及结构物；步骤S2，简化模型；步骤S3，建立模型，其中采用Plaxis3D建立三维有限元模型，几何模型底部施加完全固定约束，两侧施加竖直滑动约束，模型表面为自由边界，并且其中土体采用土体硬化模型模拟；以及步骤S4，分析评估计算结果。通过工程类比、数值模拟、解析法等计算分析制定合理的控制保护指标和合理的施工参数，保证既有线路安全可靠，同时有利于隧道施工引起的既有线路沉降、隆起收敛、水平位移等均应控制在环境条件允许的范围以内。

下面，通过图2至图13来具体描述本发明的各个方法步骤。

图2是根据本发明实施例的盾构下穿处平面示意图。如图2所示，新建隧道左线和右线分别盾构下穿既有隧道，并存在先后的施工顺序。此外，新建隧道左线以约34°夹角下穿既有隧道，而新建隧道右线以约19°夹角下穿既有隧道。

本发明的实施例采用三维有限元数值计算方法分析新建隧道盾构下穿既有隧道对既有隧道的影响。在该发明的步骤S1中，选取盾构下穿节点范围内的岩土及结构物。例如，本发明所对应的施工工程的地质情况如下：右线盾构下穿叠交段出段线区间隧道通过地层主要为海陆交互相(淤泥质)粉细砂、硬塑状粉质粘土层、强风化粉砂岩；隧道上部为湖水、海陆交互相(淤泥质)粉细砂；以及左线下穿叠交段出段线隧道主要穿越<海陆交互相(淤泥质)粉细砂、硬塑状粉质粘土层、全风化粉砂岩，隧道上部为人工填土层，海陆交互相(淤泥质)粉细砂。

在该发明的步骤S2中，简化模型。例如，简化模型包括：简化新建隧道与既有隧道的位置关系；和简化地层。

首先，在简化新建隧道与既有隧道的位置关系中，先对新建隧道左线和右线分别建立计算模型，其中新建隧道左线和右线中心间距为40m，并且存在于盾构下穿施工前后，其中，新建隧道的坡度例如为0，埋深取最高点，并且其中盾构下穿节点处新建隧道和既有隧道被简化为直线。具体的，针对新建隧道与既有隧道位置关系简化，新建隧道左线和右线中心间距约40m，并且先后对新建隧道左右线进行施工，从而存在施工先后，但本次计算不考虑二者之间的相互影响，对左右线分别建立计算模型。考虑新建隧道施工范围和既有隧道越近越危险的原则，且盾构机一直在下坡掘进，为此将新建隧道考虑成0坡度，埋深取最高点，计算结果更加保守。在盾构下穿节点处可以将新建隧道看作直线形，而既有隧道有一定曲率，但考虑到建模范围较小，也将既有隧道简化为直线。

另一方面，除了简化新建隧道和既有隧道的位置关系，还需要对地层进行简化。图3是根据本发明实施例的新建隧道左线的计算断面示意图。图4是根据本发明实施例的新建隧道右线的计算断面示意图。图3和图4所确定的新建隧道左线和新建隧道右线的计算断面对应于步骤简化地层。具体的，在简化地层中，例如，包括：滤去中间层，仅保留2-2、4N-2、7-3、9-3地层；和增补2-2的粘聚力参数，9-3压缩模量考虑为150000，侧压力系数考虑为0.3。这是因为，现实土层夹层、分层性较差，考虑最不利工况设置为原则，滤去了一些中间层，例如，仅保留2-2、4N-2、7-3、9-3等地层。此外，由于部分地层参数缺失，按照经验增补了2-2的粘聚力参数，9-3压缩模量考虑为150000，侧压力系数考虑为0.3。例如，结合地勘报告，施工的地层绝大部分为粉细砂，极少的粘性颗粒，由此2-2的黏聚力参数考虑为0。

在该发明的步骤S3中，建立模型，其中采用Plaxis3D建立三维有限元模型，几何模型底部施加完全固定约束，两侧施加竖直滑动约束，模型表面为自由边界，并且其中土体采用土体硬化模型模拟。图5是根据本发明实施例的新建隧道左线计算模型及隧道位置关系示意图。图6是根据本发明实施例的新建隧道右线计算模型及隧道位置关系示意图。

具体的，例如，利用Plaxis3D建立三维有限元模型，模型总长度100m、总宽度为100m，深度为40m。例如，几何模型底部施加完全固定约束，两侧施加竖直滑动约束，模型表面为自由边界。例如，土体采用土体硬化模型模拟，土层计算参数结合本工程地质勘察报告和相关的工程经验进行取值。

在本发明实施例的步骤S3中，地层损失率取值为0.6%，并且施工过程模拟按照实际施工顺序分步进行。

具体的，针对地层损失率取值，盾构隧道施工过程中由于盾构机壳外径大于管片外径，且盾尾同步注浆会存在不及时和不充分的问题，使土体向管片径向聚集，引起地层变形和地表沉降，即所谓的地层损失。本次计算地层损失率考虑为0.6%，此地层损失率为按经验的软土地层中土压平衡盾构掘进所呈现的较一般的控制水平，而应用本发明的施工所对应的风化岩断面地层特性比按经验的软土地层要好，故结合施工整体控制水平，不考虑因为盾构姿态偶发不良控制、盾构掘进面地层偶发突变等非常规状态，以地层损失率为0.6%来考虑，在本工点属于较安全的保守考虑。

针对工况设置，在Plaxis3D有限元软件中，施工过程模拟按照实际施工顺序分步进行。例如，如图7所示，以新建隧道右线为例来说明分成5个计算工况的有限元施工过程模拟示意图。具体的，本次模拟计算共划分如下的5个计算工况：

工况1：新建隧道接近既有隧道；

工况2：新建隧道掘进面到达既有隧道边界；

工况3：新建隧道掘进面到达既有隧道底部；

工况4：新建隧道掘进面到达既有隧道另一侧边界；以及

工况5：新建隧道到达模型边界。

接下来，在本发明实施例的步骤S4中，分析评估计算结果。

具体的，针对新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道的情况，可以选取不同的截面，通过不同截面的数据提取线来获得既有隧道和新建隧道的沉降规律。例如通过选取第一截面和第二截面，其中第一截面和第二截面的数据提取线可以分别表示既有隧道的拱底曲线和新建隧道的拱底曲线，从而可以分别获得既有隧道底部的沉降规律和新建隧道顶部地表沉降规律。具体的，对于新建隧道左线盾构下穿既有隧道，选取第一截面和第二截面，其中第一截面的数据提取线为既有隧道的拱底轴线，从而获得既有隧道地表的沉降规律，并且其中第二截面的数据提取线为新建隧道的拱底轴线，从而获得新建隧道地表的沉降规律。对于新建隧道右线盾构下穿既有隧道，选取第一截面和第二截面，其中所述第一截面的数据提取线为既有隧道的拱底轴线，从而获得既有隧道地表的沉降规律，并且其中第二截面的数据提取线为新建隧道的拱底轴线，从而获得新建隧道地表的沉降规律。

通过分析比较既有隧道和新建隧道的沉降规律来评估隧道地表沉降量等是否在合理允许的范围内，从而设定合理的盾构下穿的施工控制参数和可控的保护指标。通过这样的预先评估，本发明能够对盾构下穿施工进行有效的控制和调整，防止引起地层沉降等问题，避免既有隧道和新建隧道变形等风险隐患，提高施工的安全系数，并提高盾构施工的掘进精度和质量。

现在结合图8至图13来具体说明本发明实施例的计算结果分析。图8是根据本发明实施例的新建隧道左线的计算结果分析断面的示意图。图9是根据本发明实施例的新建隧道左线盾构下穿既有隧道时既有隧道沉降曲线的示意图。图10是根据本发明实施例的新建隧道左线盾构下穿既有隧道时新建隧道沉降曲线的示意图。图11是根据本发明实施例的新建隧道右线的计算结果分析断面的示意图。图12是根据本发明实施例的新建隧道右线盾构下穿既有隧道时既有隧道沉降曲线的示意图。图13是根据本发明实施例的新建隧道右线盾构下穿既有隧道时新建隧道沉降曲线的示意图。

首先，从图8至图13所显示的结果可以得出，在新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道时，既有隧道沉降均沿开挖线路纵向沉降，其中新建隧道盾构下穿掘进面越接近既有隧道，既有隧道所受影响越大。例如，当新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道底部和新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道另一侧边界时，既有隧道的变形程度最为显著。

而且，在新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道时，新建隧道的沉降逐渐发展，而且在新建隧道与既有隧道交叠处，新建隧道上方地表沉降略有减小，说明既有隧道的存在有利于减小新建隧道地表沉降发展。

而且，在新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道时，新建隧道最大地表沉降量比既有隧道最大地表沉降量大，且既有隧道与新建隧道的最大地表沉降量比在第一数值范围内。例如第一数值范围为0.4-0.6。

具体的，在新建隧道盾构下穿既有隧道完成后，针对新建隧道左线盾构下穿既有隧道，既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第一比例，例如，第一比例为7:16，而针对新建隧道右线盾构下穿既有隧道，既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第二比例，例如第二比例为3.1:6。第一比例和第二比例的取值在第一数值范围内。

而且，新建隧道左线施工时既有隧道最大地表沉降量与新建隧道右线施工时既有隧道最大地表沉降量比例为第三比例，例如第三比例为7:6.2，并且新建隧道左线施工时新建隧道最大地表沉降量与新建隧道右线施工时新建隧道最大地表沉降量比例为第四比例，例如第四比例为4:3。

具体而言，对于新建隧道左线盾构下穿既有隧道，例如，如图8所示，选取第一截面A-A*与第二截面B-B*作为新建区间隧道左线的计算结果分析断面。第一截面A-A*的数据提取线为新建隧道左线盾构下穿既有隧道时既有隧道的拱底轴线，以此可以获得新建隧道左线盾构下穿既有隧道时既有隧道底部的沉降规律（如图9所示）。第二截面B-B*的数据提取线为新建隧道左线盾构下穿既有隧道时新建隧道的拱底轴线，以此可以获得新建隧道左线盾构下穿既有隧道时新建隧道顶部地表沉降规律（如图10所示）。

具体的，在图9中，按在图9中纵向方向上从下而上所示的开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5进行开挖。在这里，图9中的开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5可以分别一一对应于上文所述的5个工况1，工况2，工况3，工况4，工况5。图9所示的5条既有隧道的沉降曲线在纵向方向上从上而下分别对应于开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5。

从图9可以得出，新建隧道左线盾构下穿既有隧道时，随着开挖的进行（例如，开挖1至开挖5），既有隧道沿开挖线路纵向的沉降曲线逐渐发展，其中以开挖3（例如，新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道底部）和开挖4（例如，新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道另一侧边界）阶段变形最为显著，即掘进面越接近既有隧道，既有隧道所受影响越大，施工中应着重注意。通过这样的预判分析评估，本发明能够有利于更准确地设定新建隧道盾构下穿的施工控制参数，从而降低盾构下穿施工的风险，提高盾构施工的掘进精度和质量。另外，例如，等新建隧道盾构下穿完成后，新建隧道左线盾构下穿既有隧道时既有隧道底部沉降的最大地表沉降量约7mm。

进一步的，在图10中，新建隧道左线开挖1至开挖5的掘进面按在图10的横向方向从左而右排列。从图10可以看出，图10中所示的5条新建隧道顶部地表沉降的沉降曲线在图10的横向方向上从左往右分别对应于开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5。如图10所示，随着新建区间隧道左线开挖，新建隧道正上方地表沉降逐渐发展。掘进面所在位置为沉降最大处。例如，等新建隧道开挖完成后，新建隧道上方地表最大地表沉降量可以达到16mm。值得注意的是，在新建隧道左线与既有隧道交叠处，新建隧道上方地表沉降略有减小，说明既有隧道的存在有利于减小新建隧道地表沉降发展。

可以看出，针对新建隧道左线盾构下穿既有隧道，既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第一比例，例如，第一比例为7:16。第一比例在第一数值范围（例如，0.4-0.6）之间。

对于右线下穿既有隧道，例如，如图11所示，如同左线下穿既有隧道一样，选取第一截面A-A*与第二截面B-B*作为新建区间隧道右线的计算结果分析断面。

第一截面A-A*的数据提取线为新建隧道右线盾构下穿既有隧道时既有隧道的拱底轴线，以此可以获得新建隧道右线盾构下穿既有隧道时既有隧道底部的沉降规律（如图12所示）。第二截面B-B*的数据提取线为新建隧道右线盾构下穿既有隧道时新建隧道的拱底轴线，以此可以获得新建隧道右线盾构下穿既有隧道时新建隧道顶部地表沉降规律（如图13所示）。

具体的，在图11中，按在图11中的纵向方向上从下而上所示的开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5进行开挖。例如，图11中的开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5可以分别一一对应于上文所述的5个工况1，工况2，工况3，工况4，工况5。图11所示的5条既有隧道的沉降曲线在纵向方向上从上而下分别对应于开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5。

从图11可以得出，新建区间隧道右线下穿既有隧道出段线时，随着开挖的进行，既有隧道沿开挖线路纵向的沉降曲线逐渐发展，其中以开挖3（例如，新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道底部）和开挖4（例如，新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道另一侧边界）阶段变形最为显著，即掘进面越接近既有隧道，既有隧道所受影响越大，施工中应着重注意。通过这样的预判分析评估，本发明能够有利于更准确地设定新建隧道盾构下穿的施工控制参数，从而降低盾构下穿施工的风险，提高盾构施工的掘进精度和质量。另外，例如，等新建隧道盾构下穿完成后，新建隧道右线盾构下穿既有隧道时既有隧道底部沉降的最大地表沉降量约6.2mm。

进一步的，在图12中，新建隧道右线开挖1至开挖5的掘进面按在图12的横向方向从左而右排列。从图12可以得出，图12中所示的5条新建隧道正上方地表沉降的沉降曲线在图12的横向方向方向上从左往右分别对应于开挖1，开挖2，开挖3，开挖4，开挖5。如图12所示，随着新建区间隧道右线开挖，新建隧道正上方地表沉降逐渐发展。掘进面所在位置为沉降最大处。例如，等新建隧道开挖完成后，新建隧道上方地表最大地表沉降量可以达到12mm。同样，在新建隧道右线与既有隧道交叠处，新建隧道上方地表沉降略有减小，说明既有隧道的存在有利于减小新建隧道地表沉降发展。

可以看出，新建隧道右线盾构下穿既有隧道，既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第二比例，例如第二比例为3.1:6。第二比例在第一数值范围（例如，0.4-0.6）之间。

无论在新建隧道左线或右线施工状态下，新建隧道的最大地表沉降均比既有隧道的最大地表沉降大，设定施工参数时可以注意此点进行合理的参数设定。

从上述新建隧道左线和右线施工的计算结果来看，新建隧道左线施工时既有隧道最大地表沉降量与新建隧道右线施工时既有隧道最大地表沉降量比例为第三比例，例如第三比例为7:6.2，并且新建隧道左线施工时新建隧道最大地表沉降量与新建隧道右线施工时新建隧道最大地表沉降量比例为第四比例，例如第四比例为4:3。第三比例和第四比例近似，相差在允许的范围内，新建隧道左线和右线的先后施工，对既有隧道或新建隧道地表沉降等没有引起大的误差，设定施工参数可以针对此特点微调整即可。

通过预先评估上述获得的计算结果，也可以前期收集施工参数，避免施工参数不稳定或设定不合理，从而造成对既有隧道扰动等风险，及相关测量问题和设备问题带来的其它施工风险。

从另一角度而言，新建隧道左线施工时既有隧道（或新建隧道）和新建隧道右线施工时既有隧道（或新建隧道）彼此之间的最大地表沉降量差在可控合理的范围内，并且新建隧道左线或右线施工时既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量相差量也在可控合理的范围以内。具体内容如下所述。

新建隧道左线施工时既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道右线施工时既有隧道的最大地表沉降量差为第一数值，该第一数值在第二数值范围内。例如，新建隧道左线施工时，既有隧道的最大地表沉降量为7mm；新建隧道右线施工时，既有隧道的最大地表沉降量为6.2mm，两者数值相差第一差值，仅为0.8mm。也就是说，对于既有隧道而言，新建隧道左线施工和右线施工的既有隧道的最大地表沉降量的误差在第二数值范围内（例如，1mm以内）。

此外，新建隧道左线施工时新建隧道的最大地表沉降量与新建隧道右线施工时新建隧道的最大地表沉降量差为第二数值，该第一数值在第三数值范围内。例如，新建隧道左线施工时，新建隧道的最大地表沉降量为16mm，而新建隧道右线施工时，新建隧道的最大地表沉降量为12mm，两者数值相差第二差值，为4mm。也就是说，对于新建隧道而言，新建隧道左线施工和右线施工的新建隧道的最大地表沉降量的误差在第三数值范围内（例如，4mm以内）。

此外，例如，第一差值和第二差值的差为3.2mm。

对于这种误差，利用本发明的评估分析方法，本发明有利于基于所获知计算结果，对盾构下穿的掘进参数进行相应调整，设定合理的施工参数和控制保护指标，从而确保既有隧道或新建隧道在新建隧道左线和右线施工两种不同施工情况下都安全可靠。即使在先后进行新建隧道左线和右线施工的情况下，左线和右线两种情况下的施工风险值的误差值也在合理可控的范围。

另一方面，如上所述，新建隧道左线施工时，既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道的最大地表沉降量差值为第三数值，该数值在第四数值范围内。例如，

新建隧道左线施工时，既有隧道的最大地表沉降量为7mm，新建隧道的最大地表沉降量为16mm，则两者数值相差第三差值，为9mm。也就是说，新建隧道左线施工时，既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道的最大地表沉降量的误差在第四数值范围内（例如，9mm以内）。

对于新建隧道右线施工，既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道的最大地表沉降量差值为第四数值，该数值在第五数值范围内。例如，既有隧道的最大地表沉降量为6.2mm，新建隧道的最大地表沉降量为12mm，则两者数值相差第四差值，为5.8mm。也就是说，新建隧道右线施工时，既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道的最大地表沉降量的误差在第五数值范围内（例如，6mm以内）。

也可以看出，对于新建隧道左线或右线施工，新建隧道的最大地表沉降量比既有隧道的最大地表沉降量大。

此外，第三差值和第四差值的差为3.2mm。

对于这种误差，利用本发明的评估分析方法，本发明有利于基于所获知计算结果，设定合理的盾构下穿的施工控制参数和可控的保护指标，确保新建隧道施工时新建隧道和既有隧道的变形均在合理可靠的范围。

通过本发明的上述方法，该方法通过数值模拟方法新建隧道开挖对既有隧道等影响，从而制定合理的施工参数和控制保护指标，使施工风险控制在允许的范围以内，确保既有线路安全可靠和正常运行，同时有效控制新建隧道的施工风险，提高盾构施工的掘进精度和质量。该方法也形成真正意义上的“动态设计、动态施工”。

综上所述，本发明的方法能够通过对盾构下穿施工进行分析评估，从而设定合理的盾构下穿的施工控制参数和可控的保护指标，进而针对盾构穿越施工中的风险因素的施工控制提供可靠的提前预估和判断，能够对盾构下穿施工进行有效的控制和调整，防止引起地层沉降等，避免既有隧道和新建隧道变形等风险隐患，提高了施工的安全系数，并提高盾构施工的掘进精度和质量。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，包括：

选取盾构下穿节点范围内的岩土及结构物；

简化模型；

建立模型，其中采用Plaxis3D建立三维有限元模型，几何模型底部施加完全固定约束，两侧施加竖直滑动约束，模型表面为自由边界，并且其中土体采用土体硬化模型模拟，并且其中，在所述建立模型中，既有隧道两侧同时存在新建隧道左线和新建隧道右线，施工过程模拟按序包括以下5个步骤：新建隧道接近既有隧道；新建隧道掘进面到达既有隧道边界；新建隧道掘进面到达既有隧道底部；新建隧道掘进面到达既有隧道另一侧边界；以及新建隧道到达模型边界；以及

分析评估计算结果，其中通过分析比较既有隧道和新建隧道的沉降规律来评估隧道地表沉降量是否在合理允许的范围内，从而设定合理的盾构下穿的施工控制参数和可控的保护指标，

其中无论在新建隧道左线或右线施工状态下，新建隧道的最大地表沉降均比既有隧道的最大地表沉降大，然而在新建隧道与既有隧道交叠处，新建隧道上方地表沉降略有减小，说明既有隧道的存在有利于减小新建隧道地表沉降发展。

2.根据权利要求1所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，所述简化模型还包括：

简化新建隧道与既有隧道的位置关系，其中所述简化新建隧道与既有隧道的位置关系包括：对新建隧道左线和右线分别建立计算模型，其中所述新建隧道左线和右线中心间距为40m，并且存在于盾构下穿施工前后，其中所述新建隧道的坡度为0，埋深取最高点，并且其中盾构下穿节点处新建隧道和既有隧道被简化为直线；和

简化地层，所述简化地层包括：滤去中间层，仅保留2-2、4N-2、7-3、9-3地层；和增补2-2的粘聚力参数，其中9-3压缩模量为150000，且侧压力系数为0.3。

3.根据权利要求1所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，所述分析评估计算结果包括：

对于新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道，选取不同的截面，通过不同截面的数据提取线来获得既有隧道和新建隧道的沉降规律。

4.根据权利要求3所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，对于新建隧道左线盾构下穿既有隧道，选取第一截面和第二截面，其中第一截面的数据提取线为既有隧道的拱底轴线，从而获得既有隧道地表的沉降规律，并且其中第二截面的数据提取线为新建隧道的拱底轴线，从而获得新建隧道地表的沉降规律。

5.根据权利要求3所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，

对于新建隧道右线盾构下穿既有隧道，选取第一截面和第二截面，其中第一截面的数据提取线为既有隧道的拱底轴线，从而获得既有隧道地表的沉降规律，并且其中第二截面的数据提取线为新建隧道的拱底轴线，从而获得新建隧道地表的沉降规律。

6.根据权利要求1所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，

在新建隧道左线或右线盾构下穿既有隧道时：

既有隧道沉降均沿开挖线路纵向沉降，其中当新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道底部和新建隧道盾构下穿掘进面到达既有隧道另一侧边界时，既有隧道的变形程度最为显著。

7.根据权利要求1所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，

新建隧道左线施工时既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第一比例，而新建隧道右线施工时既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量比为第二比例，并且第一比例和第二比例的数值在第一数值范围之间。

8.根据权利要求1所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，

新建隧道左线施工时既有隧道最大地表沉降量与新建隧道右线施工时既有隧道最大地表沉降量比例为第三比例，而新建隧道左线施工时新建隧道最大地表沉降量与新建隧道右线施工时新建隧道最大地表沉降量比例为第四比例，并且所述第三比例和所述第四比例近似，相差在允许的范围内。

9.根据权利要求1所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，新建隧道左线施工时既有隧道或新建隧道和新建隧道右线施工时既有隧道或新建隧道彼此之间的最大地表沉降量差在可控合理的范围内，并且新建隧道左线或右线施工时既有隧道和新建隧道的最大地表沉降量相差量也在可控合理的范围以内。

10.根据权利要求1所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，

新建隧道左线施工时既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道右线施工时既有隧道的最大地表沉降量差为第一数值，所述第一数值在第二数值范围内；

新建隧道左线施工时新建隧道的最大地表沉降量与新建隧道右线施工时新建隧道的最大地表沉降量差为第二数值，所述第二数值在第三数值范围内；

新建隧道左线施工时既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道的最大地表沉降量差值为第三数值，所述第三数值在第四数值范围内；以及

新建隧道右线施工时既有隧道的最大地表沉降量与新建隧道的最大地表沉降量差值为第四数值，所述第四数值在第五数值范围内。

11.根据权利要求10所述的通过分析盾构下穿施工而进行评估的方法，其特征在于，

所述第一差值和所述第二差值的差与所述第三差值和所述第四差值的差彼此相等。

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