论文部分内容阅读
随着我国城市地铁的大量建设以及地铁网络的不断完善,新建隧道上穿既有已运营的地铁隧道的工程越来越多。新建隧道的开挖势必会破坏周围地层平衡应力场,从而使既有地铁隧道结构产生附加内力和变形,因此如何有效预测以及控制新建隧道上穿对既有地铁隧道的纵向隆起变形成为了穿越工程中急需解决的难题。为保证既有地铁的安全运营,本文着重研究新建隧道上穿工程对既有地铁隧道的卸荷作用机理、力学响应规律以及既有隧道结构隆起的影响因素,并提出相应的控制措施及建议。本文的主要研究工作及成果如下:建立了新建隧道上穿对既有地铁隧道的卸荷模型,基于Mindlin弹性应力解求解了既有地铁隧道受到的卸荷附加应力。通过求解卸荷附加应力系数,系统地分析了上穿卸荷因素对既有地铁隧道受到的卸荷作用的影响。研究表明:土体平均泊松比以及新建隧道纵坡对既有隧道受到的卸荷作用影响不大。针对新建隧道上穿既有地铁隧道工程,将既有地铁隧道视作搁置在利夫金地基模型上的Euler-Bernoulli梁模型,基于“两阶段分析法”思路,提出了一种新建隧道上穿工程对既有地铁隧道隆起位移的计算方法。通过算例结果与数值解的对比确定了利夫金模型的无量纲参数,改进了传统两阶段分析法中Winkler模型地基不连续的缺陷。基于三个已报道的工程实例验证了本文计算方法的有效性,本文方法可快速有效预测既有隧道隆起位移。以深圳市地铁6号线上穿既有4号线拟建工程为背景,通过MIDAS/GTS NX软件建立了新建隧道上穿既有地铁隧道的三维有限元模型,重点研究了新建隧道上穿卸荷因素对既有地铁隧道纵向隆起变形的影响,并提出了相应的抗浮措施及建议。研究表明:既有隧道隆起位移峰值与开挖断面面积近似成正比,工程中应考虑隧道施工的时空效应,尽量减小一次开挖面积及掘进距离,及时施作支护结构;上穿过程中,隆起值变化较为明显的阶段为穿越前后各1.5倍开挖外径,实际工程中可考虑在新建隧道内部距离既有隧道轴线1.5倍开挖外径的区域及相应的地表区域采取堆载抗浮措施;增大水平投影夹角可以降低既有隧道的隆起量,当水平投影夹角大于45°时,其降低速率变缓;随夹层土体厚度的增大,既有隧道最大隆起位移逐渐减小,且变化速率变缓,工程中应使夹层土体厚度大于1.5倍开挖外径;新建双线隧道对既有隧道的隆起影响可看作两个单线隧道的叠加,随着双线隧道轴线间距变大,既有隧道的隆起峰值变小,实际工程中应尽量增大双线隧道间的距离,消除隧道间的叠加效应。