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伴随着我国社会主义经济建设的迅猛发展与综合国力的增强,城市的规模不断地增大、城市人口流量亦不断地增加,再加上机动车数量呈现逐年上涨的趋势,交通状况不断恶化。要改善交通环境,需要采取各种措施,其中兴建地下铁道得到了普遍的认可,如最近几年在北京、广州、深圳等城市便兴建了大量的地下交通工程。地下交通在建设过程中,由于受地形地质条件等因素的限制,新建隧道与既有隧道之间设计距离较近,同时由于地质条件比较复杂,因此在施工过程中,对既有隧道及周围环境会产生比较大的影响[1]。
本文首先阐述了国内地铁及隧道施工的发展状况,总结了隧道施工的方法及特点,然后以广州市天河东路~天河路隧道的实际施工过程作为研究对象,运用有限差分法(FDM),对新建隧道可能产生的影响进行了充分的模拟分析。研究该隧道在施工过程中对既有下卧地铁(广州地铁三号线)产生的影响,通过推导有限差分方程,根据地形图建立模型三维网格。在分析的过程中,根据工程实际,综合考虑了土体的非线性、土体与衬砌的相互作用、土体的分层、地下水等因素,模拟分析了地表的沉降,既有隧道的衬砌变形和内力的变化、土体的塑性区、地下水的压力变化、桩基础,深入分析判断在施工过程中采取的施工工艺,保护措施对地铁保障是否有效。研究工作包含以下内容:
1.数值模拟计算。运用有限差分法推导有限差分方程,进行运动方程和位移计算,求解应变、应力,并根据地形图建立模型三维网格;
2.根据设计施工步骤进行施工工况模拟[2][3];
3.通过计算各工况地铁结构应力,结构位移,判断相应工况的安全性。
本文的主要工作和成果为今后同类施工的建设提供了良好的参考。