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本文依托国家自然基金面上项目——砂卵石地层隧道近接高层建筑施工的影响分区研究,通过资料调研、理论分析、模型试验、数值模拟等方法,分别对砂卵石材料的力学特性、砂卵石地层单一洞室的力学行为,以及该地层中隧道近接既有高层建筑的影响分区开展研究,取得的主要研究成果如下:
1.通过数值模拟与模型试验进行了砂卵石土地层的地应力规律,砂卵石地层中隧道极限承载力研究以及砂卵石地层隧道开挖的力学行为研究。研究结果表明:无地表荷载作用下砂卵石地层中地应力同一埋深处存在一定的离散性;当存在地表荷载时,附加应力图与连续介质假设下附加应力场模式相似;仅靠衬砌厚度的增加无法显著提高砂卵石地层中隧道极限承载力,砂卵石地层中荷载主要由砂卵石地层本身以力链方式传递分散至隧道周边围岩而非隧道结构本身承受;无论隧道是否有支护,隧道开挖都会引起周边围岩径向应力释放,切向应力集中;支护失效(无支护)条件下隧道开挖将引起塌方,洞室周边围岩不断循环:形成新的力链拱-力链拱因扰动被破坏-破坏的力链拱外层围岩自组织演化形成新的力链拱的过程。
2.通过砂卵石地层中支护失效(无支护)隧道近接既有高层建筑施工的数值模拟计算与模型试验,以建筑不均匀沉降值和建筑平均沉降值为评判标准分析了隧道-建筑的相对位置对近接施工稳定性的影响。研究结果表明:对于埋深较浅的隧道,隧道施工将引起较大的平均沉降但平均沉降的影响区被控制在一个较小的区域内,不均匀沉降值随着水平净距的增加将持续增大直至反弯点,在反弯点之后,不均匀沉降值不断减小。对于埋深较大的隧道,隧道施工将引起较小的平均沉降但平均沉降的影响区被控制在一个较大的区域内,建筑不均匀沉降值随着水平净距的增加总体上呈现出单调递减的趋势,没有观察到明显的反弯点。
基于以上研究,建立了支护失效(无支护)条件下隧道近接既有高层建筑施工的影响分区并得到了相应表达式。
3.通过砂卵石地层中有支护隧道近接既有高层建筑施工的数值模拟计算与模型试验,以隧道拱顶沉降在有、无地表建筑两类工况下的增量为评判标准分析了隧道-建筑不同相对位置对近接施工稳定性的影响。研究结果表明:随着净距的增加,高层建筑附加荷载对隧道结构的影响都呈现出非线性的快速下降;在远离一定距离后,高层建筑附加荷载带来的近接影响消除,近接问题变为单个隧道开挖的稳定性问题。
基于以上研究,建立了有支护条件下隧道近接既有高层建筑施工的影响分区并得到了相应表达式。
1.通过数值模拟与模型试验进行了砂卵石土地层的地应力规律,砂卵石地层中隧道极限承载力研究以及砂卵石地层隧道开挖的力学行为研究。研究结果表明:无地表荷载作用下砂卵石地层中地应力同一埋深处存在一定的离散性;当存在地表荷载时,附加应力图与连续介质假设下附加应力场模式相似;仅靠衬砌厚度的增加无法显著提高砂卵石地层中隧道极限承载力,砂卵石地层中荷载主要由砂卵石地层本身以力链方式传递分散至隧道周边围岩而非隧道结构本身承受;无论隧道是否有支护,隧道开挖都会引起周边围岩径向应力释放,切向应力集中;支护失效(无支护)条件下隧道开挖将引起塌方,洞室周边围岩不断循环:形成新的力链拱-力链拱因扰动被破坏-破坏的力链拱外层围岩自组织演化形成新的力链拱的过程。
2.通过砂卵石地层中支护失效(无支护)隧道近接既有高层建筑施工的数值模拟计算与模型试验,以建筑不均匀沉降值和建筑平均沉降值为评判标准分析了隧道-建筑的相对位置对近接施工稳定性的影响。研究结果表明:对于埋深较浅的隧道,隧道施工将引起较大的平均沉降但平均沉降的影响区被控制在一个较小的区域内,不均匀沉降值随着水平净距的增加将持续增大直至反弯点,在反弯点之后,不均匀沉降值不断减小。对于埋深较大的隧道,隧道施工将引起较小的平均沉降但平均沉降的影响区被控制在一个较大的区域内,建筑不均匀沉降值随着水平净距的增加总体上呈现出单调递减的趋势,没有观察到明显的反弯点。
基于以上研究,建立了支护失效(无支护)条件下隧道近接既有高层建筑施工的影响分区并得到了相应表达式。
3.通过砂卵石地层中有支护隧道近接既有高层建筑施工的数值模拟计算与模型试验,以隧道拱顶沉降在有、无地表建筑两类工况下的增量为评判标准分析了隧道-建筑不同相对位置对近接施工稳定性的影响。研究结果表明:随着净距的增加,高层建筑附加荷载对隧道结构的影响都呈现出非线性的快速下降;在远离一定距离后,高层建筑附加荷载带来的近接影响消除,近接问题变为单个隧道开挖的稳定性问题。
基于以上研究,建立了有支护条件下隧道近接既有高层建筑施工的影响分区并得到了相应表达式。