本文是一篇土木工程论文，本论文运用层次分析法（AHP）确定“桩基础+托换梁”总体下穿方案，运用大型岩土工程有限元软件 Midas-GTS，分析了广佛地铁 3 号线盾构隧道下穿在建大型工程的隧道及基础受力情况，具体分析了盾构隧道下穿施工对在建大型工程的影响，以及在建大型工程与盾构隧道同步施工对盾构隧道的影响。
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
目前，我国城市轨道交通建设高速发展。“十三五”期间，依据各城市的最新规划，我国已有 47 个城市规划了超过 300 条的地铁交通线路，总里程超过一万公里。未来十年内，城市轨道交通领域将成为我国重点投资的领域之一，其投资额约为 3 万亿元。
在上述大背景下，为进一步落实广州市在“十三五”规划中提出的“谋划交通大格局、以交通环境提升为前提，全面加快以城市轨道交通为代表的现代交通体系建设”的要求[1]，以及《广州市城市总体规划(2011-2020 年)》[2]、《佛山市城市总体规划(2011-2020年)》[3]提出的深入推进广佛同城化要求，进一步缓解中心城区交通拥堵、支撑新区发展，广州、佛山都将地铁工程作为重点建设的领域。
《广州市城市轨道交通第 3 期建设规划(2017-2023 年)》中明确，截至 2020 年，广州市建设 3 号线东延、5 号线东延、7 号线二期、8 号线北延、10 号线、12 号线、13 号线二期、14 号线二期、18 号线和 22 号线共 10 个地铁项目，总长度 258.1 公里。到 2023年，形成 18 条线路、总长 792 公里的城市轨道交通网络[4]。
《佛山市城市轨道交通建设规划(2017-2022 年)》中明确，除正在建设的佛山地铁三号线，还将有五条新线路先后建设，其中主要包含以下线路：佛山地铁 4 号线一期、11号线、13 号线一期、2 号线二期和 9 号线一期。随着上述 5 条地铁线路的建设，佛山将进入全面城市轨道交通时代，地铁建设将迎来新的、更高速的发展。而上述五条新线都会与广州地铁线路网融合，规划了换乘车站[5]。
广州、佛山（下面简称“广佛”）作为珠三角两大重要城市，经济实力较强，城区内遍布各类高楼、民宅、城际铁路等建筑物。广佛地区大范围城市轨道交通线网的建设，导致地铁建设中下穿既有建筑物、在建建筑物的情况日益增多。为分析地铁隧道下穿在建建筑物工程的隧道及基础受力情况，本论文对广佛地铁 3 号线盾构隧道下穿某在建大型综合商业体（以下简称“在建大型工程”）工程的隧道及基础受力展开分析，进而得到盾构隧道施工对在建大型工程、在建大型工程与盾构隧道同步施工对盾构隧道均有一定影响的情况，并根据地铁工程实际情况和地铁工程有关专家及施工一线工程技术人员的经验，提出相关施工安全和质量管理措施，具有为类似工程施工安全和质量管理提供参考和借鉴的意义。
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1.2 地铁工程施工工法、盾构施工法概述
1.2.1 地铁工程施工工法概述
地铁工程常用的施工工法有明挖法、暗挖法等，其中地铁车站或施工条件较好的隧道区间主要使用明挖法施工，大部分隧道区间主要使用暗挖法施工。
一、明挖法
明挖法常常用于地铁车站、浅埋隧道。首先需要将地面挖开，然后再修建衬砌，最后再将其进行覆盖。这种方法是软土地下工程施工中最常见的施工方法[6]。其优点是施工技术简单、快速、经济及主体结构受力条件较好等等，在没有施工环境和地上交通等条件限制时，应该是首选方法。但其缺点也是明显的，比如阻断交通时间较长，噪声和震动较大等[7]。
二、暗挖法
暗挖法是采用在地下挖洞的施工方法，不需挖开地面[8]。
矿山法是暗挖的其中一种方法，其应用范围很广，是最初采用矿山开拓巷道的方法。当地铁隧道需要穿过较高强度的岩层时，常常使用这一方法[9]。
盾构法常常用于松软地层的隧道建设。十九世纪，人们为方便修建水底隧道，从而研究出盾构法，已经过 100 多年时间的沉淀。
在科技相对不发达的时期，施工人员都是在水下施工的，为了避免这一情况的发生，十九世纪末发明了沉管法，其最重要的一点就是在地面完成结构施工。优点较为明显，普遍被人们应用。
顶管法是指在进行敷设管道或设置地道的过程中，在不影响地面房屋和其他工程建设的情况下，利用千斤顶将预制的管段或箱涵配合挖土向前顶进的施工方法。隧道穿过街道、路堤等最有效的方法就是顶管法，多见于地铁车站与出入口之间的隧道建设[10]。
沉井法在进行地下建设时具有以下优势：第一，占地面积不大，第二挖土量不大，第三施工较为方便，第四对周围环境设施影响不大。沉井法在软土地层修筑工程中已经被普遍应用[11]。
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第二章 案例概况与总体下穿方案选择
2.1 在建大型工程概况
案例为广佛地区在建大型工程，该工程项目周边情况如下：北侧是该项目一期工程；西侧是市政道路、绿地广场（距离拟建 1#、4#楼约 15m）、商业区（距离写字楼约 18m）；南侧是市政道路、商住小区（距离拟建写字楼 70m）。地铁隧道盾构区间贯穿该项目西南角至东北角。
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2.2 广佛地铁 3 号线盾构隧道工程概况
在建广佛地铁 3 号线盾构区间西南至东北走线，贯穿在建大型工程项目西南角至东北角。地铁盾构隧道外径为 6m，管片厚度为 0.3m，管片长度为 1.5m。盾构隧道横断面如图 2-2。
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第三章 有限元三维数值建模..........................25
3.1 几何模型的建立............................25
3.1.1 几何模型范围........................25
3.1.2 荷载及边界条件...................26
第四章 盾构隧道施工对在建大型工程的影响.............................37
4.1 盾构隧道施工对在建大型工程桩基础水平位移的影响............................37
4.2 盾构隧道施工对在建大型工程地下室底板竖向位移的影响....................44
第五章 在建大型工程与盾构隧道同步施工对盾构隧道的影响............................58
5.1 在建大型工程与盾构隧道同步施工对隧道管片位移分布的影响............58
5.2 在建大型工程与盾构隧道同步施工对管片竖向位移的影响....................64
第五章 在建大型工程与盾构隧道同步施工对盾构隧道的影响
5.1 在建大型工程与盾构隧道同步施工对管片竖向位移的影响
工况一和工况二的不同之处在于在建大型工程是否停工。为了分析在建大型工程施工对管片竖向位移的影响，从 Midas-GTS 中将管片的竖向位移结果导出到 Excel 表格，通过以下算法得到管片在两种工况下的竖向位移差值：
两种工况管片竖向位移之差＝|工况二管片竖向位移－工况一管片竖向位移|
图 5-7 为 Excel 表格数据处理界面，现将特定施工步的管片竖向位移极值及两种工况管片竖向位移的最大差值提取并汇总于表 5-1。
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结论与展望
结论
本论文运用层次分析法（AHP）确定“桩基础+托换梁”总体下穿方案，运用大型岩土工程有限元软件 Midas-GTS，分析了广佛地铁 3 号线盾构隧道下穿在建大型工程的隧道及基础受力情况，具体分析了盾构隧道下穿施工对在建大型工程的影响，以及在建大型工程与盾构隧道同步施工对盾构隧道的影响，得到如下结论：
1、采用“桩基础+托换梁”总体下穿方案，盾构隧道下穿施工对在建大型工程影响较小，风险可控。通过工况一的计算结果进行分析，在隧道下穿在建大型工程项目的盾构施工过程中，在建大型工程项目桩基础水平向的位移增量集中于板凳桩及其附近，即盾构下穿施工对既有桩基础的影响主要集中于隧道周边。在整个过程当中，隧道施工引起的桩基础水平位移在两个正交方向上的分量最大分别为 1.433mm 和 1.047mm，在《建筑基坑工程监测技术标准》(GB50497-2019)规定的水平位移报警值 25mm 范围内，桩基础最大水平位移相对于桩基尺寸而言，位移很小，风险可控。另外，盾构隧道施工引起的地下室底板竖向位移比较小，最大竖向位移仅为 0.439mm，在《建筑基坑工程监测技术标准》(GB 50497-2019)规定的竖向位移报警值 10mm 范围内，盾构隧道的施工不会引起在建大型工程项目地下室明显隆起或沉陷。因此，工程案例采用“桩基础+托换梁”总体下穿方案，盾构隧道下穿施工对在建大型工程既有地下室及基础有一定影响，但风险可控。
2、采用“桩基础+托换梁”总体下穿方案，盾构隧道与在建大型工程同步施工对隧道的影响不大，同步施工基本可行。对比两种分析工况的位移云图可以看出，在盾构隧道下穿经过在建大型工程过程中，上部建筑停止施工、上部建筑与盾构隧道同步施工两种情况下，隧道管片的位移分布情况大体一致。在盾构隧道穿越在建大型工程的整个过程中，竖向位移的最大值是：工况一 11.070mm，工况二 11.078mm，水平位移最大值分别是9.261mm和9.260mm，均在《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T202-2013）规定的控制范围内。同上部结构停止施工的情况相比，上部结构与盾构隧道同步施工时，将使管片产生竖向位移最大为 1.121mm、水平位移最大为 0.382mm 的变化。因此，在建大型工程上部结构与盾构隧道同步施工对地铁线路盾构隧道施工的影响风险可控，两者
