大直径盾构隧道风井施工应力分析研究

根据围护结构收敛变形设计形式和监测点布置，得到地下二层、地下三层和地下四层不同区位的围护结构不同方向（竖向、横向和斜向）的应变变化趋势。根据规范资料，衬砌混凝土C35的弹性模量Ec=32.25GPa，则根据式（6-1）可得到不同方向的应力随时间的变化趋势。

6.4.2.1　地下二层围护结构

1）穿越测点

进洞穿越测点竖向应力变化趋势如图6-34所示，出洞穿越测点竖向应力变化趋势如图6-35所示。

图6-34　进洞穿越测点竖向应力变化趋势

图6-35　出洞穿越测点竖向应力变化趋势

由图6-34可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时竖向应力（受压）急剧降低，约为2MPa，随着盾构后时间的增长，竖向应力趋于稳定。

由图6-35可知，与进洞穿越测点竖向应力变化趋势较为相同。整体而言，出洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后也呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时竖向应力（受压）急剧降低，约为2MPa，随着盾构后时间的增长，竖向应力趋于稳定。

2）进洞半圆风井测点

图6-36　进洞半圆测点竖向应力变化趋势

进洞半圆测点竖向应力变化趋势如图6-36所示。

由图6-36可知，6个测点均呈现盾构穿越时应力急剧降低，后慢慢趋于稳定的变化趋势。相对而言，点7、点8竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于1.0～1.5MPa；点9、点10竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力约为2.0MPa；点11、点12竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力为2.0～2.5MPa。

3）出洞半圆风井测点

出洞半圆测点竖向应力变化趋势如图6-37所示。

由图6-37可知，4个测点均呈现盾构穿越时应力急剧降低，后动荡调整，最后慢慢趋于稳定的趋势。相对而言，点13、点14竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于1.5～2.0MPa；点15、点16竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于1.0～1.5MPa。

图6-37　出洞半圆测点竖向应力变化趋势

地下二层围护结构的整体竖向应力均不大：当盾构穿越之前，进洞穿越测点的最大应力为5MPa，出洞穿越测点的最大应力为4.5MPa，进洞半圆测点的最大应力为4.0MPa，出洞半圆测点的最大应力为3.8MPa，量值较小，而且盾构穿越后的竖向应力均大幅度减小。因此，所受竖向应力远远小于规范规定的应力预警值抗压值10.5～12.25MPa的要求，围护结构整体安全。

6.4.2.2 地下三层围护结构

1）穿越测点

进洞穿越测点竖向应力变化趋势如图6-38所示，进洞穿越测点横向应力变化趋势如图6-39所示。

图6-38　进洞穿越测点竖向应力变化趋势

图6-39　进洞穿越测点横向应力变化趋势

由图6-38可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时竖向应力（受压）急剧降低，约为1.3MPa，随着盾构后时间的增长，竖向应力有所增长，并趋于稳定，最后竖向应力约为2.4MPa。

由图6-39可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时横向应力（受拉）急剧增加，其中，点1最大值增加至0.45MPa，点2、点3最大值增加到0.35MPa，随着盾构后时间的增长，横向应力有所回落，并趋于稳定，最后横向应力约为0.35MPa。

出洞穿越测点竖向应力变化趋势如图6-40所示，出洞穿越测点横向应力变化趋势如图6-41所示。

图6-40　出洞穿越测点竖向应力变化趋势

图6-41　出洞穿越测点横向应力变化趋势

由图6-40可知，与进洞穿越测点竖向应力变化趋势较为相同。整体而言，出洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后也呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时竖向应力（受压）急剧降低，约为1.5MPa，随着盾构后时间的增长，竖向应力有所增长，并趋于稳定，最后竖向应力约为2.5MPa。

由图6-41可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时横向应力（受拉）急剧增加，其中，点1最大值增加至0.45MPa，点2、点3最大值增加到0.35MPa，随着盾构后时间的增长，横向应力有所回落，并趋于稳定，最后横向应力约为0.30MPa。

2）进洞半圆风井测点

进洞半圆测点竖向应力变化趋势如图6-42所示，进洞半圆测点横向应力变化趋势如图6-43所示。

图6-42　进洞半圆测点竖向应力变化趋势

图6-43　进洞半圆测点横向应力变化趋势

由图6-42可知，6个测点均呈现盾构穿越时应力急剧降低，后慢慢趋于稳定的变化趋势。相对而言，点7、点8竖向应力（受压）变化趋势较为一致，盾构后竖向应力介于1.0～2.0MPa；点9、点10竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力约为2.5MPa；点11、点12竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力也约为2.5MPa。

由图6-43可知，6个测点均呈现盾构穿越时应力急剧增加，后慢慢趋于稳定的变化趋势，但最后稳定的量值各有不同。相对而言，点7、点8横向应力（受拉）变化趋势较为一致，盾构后横向应力约为0.40MPa；点9、点10竖向应力变形趋势较为一致，盾构后横向应力介于0.30～0.35MPa；点11、点12竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于0.40～0.45MPa。

3）出洞半圆风井测点

出洞半圆测点竖向应力变化趋势如图6-44所示，出洞半圆测点横向应力变化趋势如图6-45所示。

图6-44　出洞半圆测点竖向应力变化趋势

图6-45　出洞半圆测点横向应力变化趋势(www.xing528.com)

由图6-44可知，4个测点均呈现盾构穿越时应力急剧降低，后动荡调整，最后慢慢趋于稳定的趋势。相对而言，点13、点14竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于2.0～2.5MPa；点15、点16竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于1.5～2.0MPa。

由图6-45可知，4个测点均呈现盾构穿越时应力急剧增加，后动荡调整，最后慢慢趋于稳定的趋势。相对而言，点13、点14竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于0.30～0.35MPa；点15、点16竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力介于0.40～0.45MPa。

地下三层围护结构的整体竖向应力均不大：当盾构穿越之前，进洞穿越测点的最大应力为7MPa，出洞穿越测点的最大应力为7.0MPa，进洞半圆测点的最大应力为6.0MPa，出洞半圆测点的最大应力为6.0MPa，量值较小，而且盾构穿越后的竖向应力均大幅度减小，因此，所受竖向应力远远小于规范规定的应力预警值抗压值10.5～12.25MPa的要求，围护结构整体安全。

地下三层围护结构的整体横向应力均不大：盾构穿越时，进洞穿越测点的最大应力为0.45MPa，出洞穿越测点的最大应力为0.45MPa，进洞半圆测点的最大应力为0.40MPa，出洞半圆测点的最大应力为0.45MPa。因此，所受横向应力均能满足规范规定的应力预警值抗拉值0.91～1.06MPa的要求，围护结构整体安全。

6.4.2.3 地下四层围护结构

1）穿越测点

进洞穿越测点竖向应力变化趋势如图6-46所示，进洞穿越测点横向应力变化趋势如图6-47所示，进洞穿越测点斜向应力变化趋势如图6-48所示。

图6-46　进洞穿越测点竖向应力变化趋势　

图6-47　进洞穿越测点横向应力变化趋势

图6-48　进洞穿越测点斜向应力变化趋势

由图6-46可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时竖向应力（受压）急剧降低，约为2.5MPa，随着盾构后时间的增长，竖向应力有所增长，并趋于稳定，最后竖向应力约为5.5MPa。

由图6-47可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时横向应力（受拉）急剧增加，其中，点1最大值增加至0.60MPa，点2、点3最大值增加到0.50MPa，随着盾构后时间的增长，横向应力有所回落，并趋于稳定，最后横向应力为0.30～0.35MPa。

由图6-48可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时斜向应力急剧降低，最小值约为2.5MPa，随着盾构后时间的增长，斜向应力逐渐增加，且增幅趋于稳定，最后斜向应力约为5.5MPa。

出洞穿越测点竖向应力变化趋势如图6-49所示，出洞穿越测点横向应力变化趋势如图6-50所示，出洞穿越测点斜向应力变化趋势如图6-51所示。

图6-49　出洞穿越测点竖向应力变化趋势

图6-50　出洞穿越测点横向应力变化趋势

图6-51　出洞穿越测点斜向应力变化趋势

由图6-49可知，与进洞穿越测点竖向应力变化趋势较为相同。整体而言，出洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后也呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时竖向应力（受压）急剧降低，约为2.5MPa，随着盾构后时间的增长，竖向应力有所增长，并趋于稳定，最后竖向应力约为5.5MPa。

由图6-50可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时横向应力（受拉）急剧增加，其中，点1最大值增加至0.60MPa，点2、点3最大值增加到0.52MPa，随着盾构后时间的增长，横向应力有所回落，并趋于稳定，最后横向应力约为0.30MPa。

由图6-51可知，进洞穿越的3个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时斜向应力急剧降低，最小值约为2.5MPa，随着盾构后时间的增长，斜向应力逐渐增加，且增幅趋于稳定，最后斜向应力约为5.5MPa。

2）进洞半圆风井测点

进洞半圆测点竖向应力变化趋势如图6-52所示，进洞半圆测点横向应力变化趋势如图6-53所示，进洞半圆测点斜向应力变化趋势如图6-54所示。

图6-52　进洞半圆测点竖向应力变化趋势

图6-53　进洞半圆测点横向应力变化趋势

图6-54　进洞半圆测点斜向应力变化趋势

由图6-52可知，6个测点均呈现盾构穿越时应力急剧降低，后慢慢趋于稳定的变化趋势。相对而言，点7、点8竖向应力（受压）变化趋势较为一致，盾构后竖向应力约为5.0MPa；点9、点10竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力约为5.5MPa；点11、点12竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力也约为5.5MPa。

由图6-53可知，6个测点均呈现盾构穿越时应力急剧增加，后动荡调整，并慢慢趋于稳定的变化趋势，但最后稳定的量值各有不同。相对而言，点7、点8横向应力（受拉）变化趋势较为一致，盾构后横向应力为0.35～0.40MPa；点9、点10竖向应力变形趋势较为一致，盾构后横向应力约为0.30MPa；点11、点12竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力约为0.40MPa。

由图6-54可知，整体而言，6个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时斜向应力急剧降低，最小值约为3.0MPa，随着盾构后时间的增长，斜向应力逐渐增加，且增幅趋于稳定，最后斜向应力为5.0～5.5MPa。

3）出洞半圆风井测点

出洞半圆测点竖向应力变化趋势如图6-55所示，出洞半圆测点横向应力变化趋势如图6-56所示，出洞半圆测点斜向应力变化趋势如图6-57所示。

由图6-55可知，4个测点均呈现盾构穿越时应力急剧降低，后动荡调整，最后慢慢趋于稳定的趋势。相对而言，点13、点14竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力约为5.5MPa；点15、点16竖向应力变形趋势较为一致，盾构后竖向应力约为5.0MPa。

图6-55　出洞半圆测点竖向应力变化趋势

图6-56　出洞半圆测点横向应力变化趋势

图6-57　出洞半圆测点斜向应力变化趋势

由图6-56可知，4个测点均呈现盾构穿越时应力急剧增加，后动荡调整，最后慢慢趋于稳定的趋势。相对而言，点13、点14竖向应力变形趋势较为一致，盾构穿越时最大横向应力约为0.50MPa，盾构后横向应力介于0.30～0.35MPa；点15、点16横向应力变形趋势较为一致，盾构穿越时最大横向应力约为0.58MPa，盾构后横向应力介于0.35～0.45MPa。

由图6-57可知，整体而言，4个测点应力在盾构穿越前后呈现较为一致的变化趋势：盾构穿越时斜向应力急剧降低，最小值约为2.5MPa，随着盾构后时间的增长，斜向应力逐渐增加，且增幅趋于稳定，最后斜向应力约为5.0～5.5MPa。

地下四层围护结构的整体竖向应力均不大：当盾构穿越之前，进洞穿越测点的最大应力为8.2MPa，出洞穿越测点的最大应力为8.2MPa，进洞半圆测点的最大应力为8.0MPa，出洞半圆测点的最大应力为8.0MPa，量值较小，而且盾构穿越后的竖向应力均大幅度减小。因此，所受竖向应力远远小于规范规定的应力预警值抗压值10.5～12.25MPa的要求，围护结构整体安全。

地下四层围护结构的整体横向应力均不大：盾构穿越时，进洞穿越测点的最大应力为0.60MPa，出洞穿越测点的最大应力为0.60MPa，进洞半圆测点的最大应力为0.40MPa，出洞半圆测点的最大应力为0.50MPa。因此，所受横向应力均能满足规范规定的应力预警值抗拉值0.91～1.06MPa的要求，围护结构整体安全。

地下四层围护结构的整体斜向应力均不大：盾构穿越时，进洞穿越测点的最大应力为5.5MPa，出洞穿越测点的最大应力为5.5MPa，进洞半圆测点的最大应力为5.0～5.5MPa，出洞半圆测点的最大应力介于5.0～5.5MPa。因此，所受斜向应力远小于规范规定的应力预警值抗压值10.5～12.25MPa的要求，围护结构整体安全。