近距离穿越既有车站不等强度注浆变形的控制

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20230244

摘要/Abstract

摘要：

由于隧道开挖对近距离既有车站结构变形产生不利影响，以沈阳砾砂层近距离穿越地铁车站为例，采用有限差分法对近距离下穿既有车站结构变形的影响机理和控制技术进行研究，对超前注浆小导管支护参数和不等强度注浆加固方法进行了优化.通过模拟等强度、横向不等强度和空间不等强度3种注浆方案，对既有结构的竖向位移、水平位移和应力进行分析.研究表明：空间不等强度注浆更为合理，既有结构的竖向位移、水平位移和应力降幅分别达到44.7%，53.7%和15.6%.此外，对空间不等强度注浆方法的影响因素进行讨论和分析，可为邻近既有车站的隧道开挖施工提供参考.

关键词: 近距离穿越, 既有车站, 不等强度注浆, 注浆加固, 数值模拟

Abstract:

Tunnel excavation has a detrimental impact on the deformation of existing station structures. Taking the close-proximity crossing an existing metro station in Shenyang’s gravel layer as an example， the finite difference method was used to investigate the deformation mechanisms and control techniques for such excavations. The support parameters for advanced grouting with small conduits and the method of unequal strength grouting reinforcement were optimized. Through simulations of three grouting schemes （uniform strength， lateral unequal strength， and spatial unequal strength）， the vertical displacement， horizontal displacement， and stress of the existing structure were analyzed. The results indicate that spatial unequal strength grouting is the most reasonable approach， with reductions in vertical displacement， horizontal displacement， and stress of 44.7%， 53.7%， and 15.6%， respectively. Additionally， the influencing factors of the spatial unequal strength grouting method were discussed and analyzed， which can provide a reference for tunnel excavation near existing stations.

Key words: close distance crossing, existing station, unequal strength grouting, grouting reinforcement, numerical simulation

中图分类号:

TU 457

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图/表 27

图1 隧道与既有车站平面位置关系图

Fig.1 Plan position relationship between tunnel and existing station

图2 既有车站与区间隧道的位置关系（单位： m）

Fig.2 Position relationship between an existing station and section tunnels (unit: m)

图3 小导管单元模拟

Fig.3 Small conduit unit simulation

图4 小导管注浆区模拟

Fig.4 Simulation of small conduit grouting area

表1 地层及模型的材料力学参数

Table 1 Parameters of materials mechanics for stratum and model

材料	弹性模量	泊松比	容重	黏聚力	摩擦角
材料	MPa	泊松比	$k N · m - 3$	kPa	(°)
杂填土	4.3	0.31	17.0	10	25
粉质黏土	27.3	0.34	20.0	30	24
淤泥质粉质黏土	5.8	0.33	19.2	17	33
圆砾土	100.0	0.30	20.5	1	40
粗砂	36.7	0.33	20.0	0	30
小导管	200 000.0	0.21	78.0	—	—
既有车站	32 500.0	0.20	25.0	—	—
注浆加固区	45.0	0.25	24.5	25	41

表1 地层及模型的材料力学参数

Table 1 Parameters of materials mechanics for stratum and model

材料	弹性模量	泊松比	容重	黏聚力	摩擦角
材料	MPa	泊松比	$k N · m - 3$	kPa	(°)
杂填土	4.3	0.31	17.0	10	25
粉质黏土	27.3	0.34	20.0	30	24
淤泥质粉质黏土	5.8	0.33	19.2	17	33
圆砾土	100.0	0.30	20.5	1	40
粗砂	36.7	0.33	20.0	0	30
小导管	200 000.0	0.21	78.0	—	—
既有车站	32 500.0	0.20	25.0	—	—
注浆加固区	45.0	0.25	24.5	25	41

图5 不同开挖长度下车站位移（a）—水平位移；（b）—竖向位移.

Fig.5 Station displacements under different excavation lengths

图6 不同小导管外插角下车站位移

Fig.6 Station displacements under different small conduit insertion angles

图7 不同小导管管径下车站位移

Fig.7 Station displacements under different small conduit diameters

图8 不同小导管长度下车站位移

Fig.8 Station displacements under different small conduits lengths

图9 不同注浆加固区宽度下车站位移

Fig.9 Station displacements under different grouting reinforcement zone widths

图10 不同注浆加固区厚度下车站位移

Fig.10 Station displacements under different grouting reinforcement zone thicknesses

表2 注浆加固区物理力学参数

Table 2 Physical and mechanical parameters of grouting reinforcement area

材料	弹性模量	泊松比	容重	黏聚力	摩擦角
材料	MPa	泊松比	$k N · m - 3$	kPa	（°）
高强度注浆	75	0.25	24.5	60	43
中强度注浆	60	0.25	24.5	45	41
低强度注浆	45	0.25	24.5	20	38

表2 注浆加固区物理力学参数

Table 2 Physical and mechanical parameters of grouting reinforcement area

材料	弹性模量	泊松比	容重	黏聚力	摩擦角
材料	MPa	泊松比	$k N · m - 3$	kPa	（°）
高强度注浆	75	0.25	24.5	60	43
中强度注浆	60	0.25	24.5	45	41
低强度注浆	45	0.25	24.5	20	38

图11 3种注浆方案示意图

Fig.11 Schematic diagram of three grouting schemes

图12 等强度注浆下车站水平位移

Fig.12 Horizontal displacement of station under equal strength grouting

图13 等强度注浆下车站竖向位移

Fig.13 Vertical displacement of station under equal strength grouting

图14 等强度注浆下车站主应力

Fig.14 Principal stress of station under equal strength grouting

图15 横向不等强度注浆下车站水平位移

Fig.15 Horizontal displacement of station under lateral unequal strength grouting

图16 横向不等强度注浆下车站竖向位移

Fig.16 Vertical displacement of station under lateral unequal strength grouting

图17 横向不等强度注浆下车站主应力

Fig.17 Principal stress of station under lateral unequal strength grouting

图18 空间不等强度注浆下车站水平位移

Fig.18 Horizontal displacement of stations under spatial unequal strength grouting

图19 空间不等强度注浆下车站竖向位移

Fig.19 Vertical displacement of station under spatial unequal strength grouting

图20 空间不等强度注浆下车站主应力

Fig.20 Principal stress of station under spatial unequal strength grouting

图21 不同注浆方案下车站最大水平位移

Fig.21 Maximum horizontal displacement of stations under different grouting schemes

图22 不同注浆方案下车站最大竖向位移

Fig.22 Maximum vertical displacement of station under different grouting schemes

图23 不同注浆方案下车站最大主应力

Fig.23 Maximum principal stress of station under different grouting schemes

图24 不同低-中-高强度组下车站位移

Fig.24 Station displacement under different low-moderate-high strength groups

图25 不同注浆分布尺寸下车站位移（a）—不同低强度、中强度、低强度注浆加固区尺寸下车站位移；（b）—不同高强度注浆区间距下车站位移.

Fig.25 Station displacements under different grouting distribution sizes

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