土岩复合地层新建隧道斜穿既有地铁隧道施工阶段结构变形规律

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新建地铁隧道下穿既有地铁隧道具有施工风险高、周围环境复杂、变形控制要求高等特点,本文依托某土岩复合地层新建隧道斜穿既有地铁隧道工程,对隧道施工阶段既有结构及新建隧道结构的变形规律进行了研究,并对新建隧道下穿位置对既有结构变形的影响机制进行了分析,主要形成以下主要结论:(1)新建隧道斜穿既有隧道施工过程中,复杂的相互位置关系,导致地层不同位置的变形差异性较大,而新建隧道在开挖初期拱顶沉降变化速率增大,随着隧道的开挖沉降速率逐渐减小。(2)建立三维有限元模型对斜穿过程中地表、新建隧道及既有隧道变形进行分析,得到以下结论:(1)隧道开挖引起地表沉降增大,既有隧道支护结构的存在对土层荷载起承载作用,削弱了新建隧道开挖引起的土层重力效应,因此,在隧道开挖方向下穿位置正上方土层沉降较其他位置小。(2)隧道开挖对新建隧道结构变形影响大、变化规律复杂,隧道结构总位移朝着隧道内侧发展,结构水平位移在隧道两侧最为显著,而竖向位移在拱部及仰拱位置较大。(3)新建隧道斜穿既有隧道会造成既有隧道发生明显的偏转,在新建隧道开挖至下穿断面前,既有隧道支护结构水平扭转效应逐渐增大,开挖至下穿断面时扭转效应最显著;当新建隧道开挖至既有隧道位置时既有隧道支护结构轴向偏转弯矩也会发生突变,在距下穿位置-2.5~2.5倍洞径范围内,新建隧道开挖对既有隧道偏转效应影响显著。(3)对新建隧道左、右线间水平间距,既有隧道与新建隧道竖向间距对结构变形的影响机制进行了研究,得到以下结论:(1)新建隧道竖向间距增大后,受扰动的上覆土层厚度增大,导致地表沉降增大,新建隧道开挖对地表扰动由“局部扰动”逐渐过渡为“整体扰动”。(2)随着新建隧道与既有隧道竖向距离的增大,既有隧道支护结构水平扭转效应减小,而轴向扭转效应随着距离的增大呈先增大后减小现象,当新建隧道竖向间距大于1倍新建隧道净高时,新建隧道施工对既有隧道支护结构的偏转效应逐渐减弱。(3)既有隧道与新建隧道竖向间距的增大,地表沉降曲线由“单沉降槽”演化为“双沉降槽”,新建隧道之间水平距离增大,对既有隧道结构的水平扭转效应及轴向扭转效应的影响规律不同,但均在新建隧道穿越既有隧道后影响显著。
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