近日，同济大学工程风险研究团队黄宏伟教授、张东明教授、常佳奇博士研究生在《Canadian Geotechnical Journal》期刊上发表了题为《Deformational Behaviors of Existing Three-Line Tunnels Induced by Under-Crossing of Three-Line Mechanized Tunnels: A Case Study》的研究论文，报道了采用无线感知与电水平尺对新建三线隧道下穿既有三线隧道施工过程的监测案例研究。

    随着地下空间的开发，新建隧道的埋深会不断增加，未来将会出现越来越多的新建隧道下穿既有隧道的施工工况。本研究选取了一个复杂的下穿施工项目：新建三线隧道下穿既有三线隧道，采用电水平尺与无线传感网络技术对既有三线隧道的变形进行了监测（图1）。其中电水平尺能够监测隧道结构的沉降变形，无线传感网络能够监测隧道结构的横断面倾角变形。对监测结果进行分析，发现在本盾构法下穿既有隧道的案例中，既有隧道结构的变形可以分为3个阶段。在阶段1（从刀盘进入既有隧道结构正下方开始，到刀盘离开既有隧道结构正下方为止），盾构掘进阶段既有隧道隆起变形，管片拼装阶段隆起变形逐渐恢复；在阶段2（从刀盘离开既有隧道结构正下方开始，到盾尾距离既有隧道正下方0.9倍盾构机直径距离为止），盾构掘进阶段既有隧道隆起变形，管片拼装阶段隆起变形不会完全恢复；在阶段3（从盾尾距离既有隧道正下方0.9倍盾构机直径距离开始，到盾尾距离既有隧道正下方2.5倍盾构机直径距离为止），盾构施工对既有隧道的扰动逐渐消失（图2）。

基于高频无线传感网络的监测数据与盾构机施工参数记录，采用支持向量机算法建立了既有隧道结构的沉降预测模型，并采用SHAP值方法分析了三个阶段中各个施工参数对既有隧道结构变形的影响程度。结果表明，在阶段1，盾构机的前舱土压力和千斤顶顶力是影响既有隧道结构变形的主要参数；在阶段2，盾尾注浆量是影响既有隧道结构变形的主要参数；在阶段3，千斤顶行程与既有隧道结构的变形具有最高的相关性（图3）。

此外，还分析了三线下穿这一复杂穿越情况下，穿越顺序对既有隧道结构的沉降槽的影响。提出了修正的Peck公式，引入新建隧道先后顺序影响因子，计算被下穿的既有隧道的沉降槽曲线（图4）。此外，对比了不同下穿顺序下既有隧道的变形情况，由于不同应力路径下土的力学性能不同，因此不同穿越顺序下既有隧道的沉降槽形状不同，采用修正Peck公式计算了三种穿越顺序（左-中-右，中-左-右，左-右-中）下既有隧道的沉降槽（图5），发现左-右-中的施工顺序下既有隧道结构的沉降槽形状更符合高斯分布曲线，即单线下穿的沉降槽形状。

图1现场监测：(a)电水平尺；(b)无线传感网络支点

图2盾构法下穿过程中既有隧道结构的竖向位移

图3三个阶段不同施工参数的SHAP值：(a)阶段1；(b)阶段2；(c)阶段3

图4修正Peck公式的计算结果与实测沉降结果对比：(a)-(i)代表新建三线隧道下穿既有三线隧道的9个下穿断面

图5三种穿越顺序下既有隧道结构的沉降槽

第一作者

常佳奇 博士研究生

主要从事隧道结构智能监测、盾构法智能施工研究

邮箱：1910278@tongji.edu.cn

通讯作者

黄宏伟 教授

主要从事岩土与地下基础设施的安全风险管控理论方法与多识智慧感知技术的研究

邮箱：huanghw@tongji,edu.cn

第二作者

Markus Thewes教授

主要从事隧道施工、土壤改性、浆液改性等相关研究

邮箱：MarkusThewes@rub.de

第三作者

张东明 教授

主要从事地下工程结构风险控制、地下工程结构计算模型不确定性、地下工程围岩地层不确定性等研究

邮箱：09zhang@tongji.edu.cn

文献引用

Chang J, Thewes M, Zhang D, et al. Deformational Behaviors of Existing Three-Line Tunnels Induced by Under Crossing of Three-Line Mechanized Tunnels: A Case Study [J]. Canadian Geotechnical Journal, 2024.

https:// doi.org/10.1139/cgj-2024-0359

原文链接

https://cdnsciencepub.com/doi/10.1139/cgj-2024-0359