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随着我国城市化的发展,地面土地资源日趋紧张,在此种情况下必然会向城市地下发展,开发地下空间资源,在开发过程中,会遇到各种各样的问题,城市隧道交叉段施工是城市地下空间开发中经常会遇到的问题之一。在交叉隧道施工的过程中,交叉段的临空面比一般隧道大,力学行为也比正常隧道的力学行为复杂,一些理论还处在总结和积累经验阶段。本文依托解放碑地下环道三期工程,通过理论分析、数值模拟和现场监测等方法,针对其既处在空间交叉位置又处在平面结构交叉位置的交叉段区域,对其在施工过程中所产生的力学行为进行研究。本文主要研究成果如下:
(1)采用数值模拟方法,分别对三种施工顺序进行了模拟。当先开挖连接道,再开挖电力隧道,最后开挖主通道时对交叉段的围岩应力、位移及初支应力影响最小。
(2)对主通道开挖过程进行了三维数值模拟,分析了主通道开挖过程中交叉段围岩应力、位移及初期支护结构力学行为。分析得到:主通道的施工破坏了交叉段隧道原有的成拱效应,在主通道施工过程中,交叉段围岩应力、位移和初期支护应力普遍增大。在主通道左右两侧施工15m范围内,对交叉段围岩和支护影响较大,对交叉段墙角位置处影响最大,且主通道施工对交叉段围岩的主要影响范围在交叉口10m左右。
(3)采用数值模拟方法,分别对四种施工工法和三种交叉部位加强支护长度进行了模拟。当交叉段采用双侧壁导坑法,主通道采用单侧壁导坑法的施工工法时,主通道开挖后交叉段隧道围岩应力、初期支护应力和围岩位移均为最小。交叉部位的初期支护加强后,所承担的围岩荷载也相应增加,随着交叉部位长度的增加,交叉段围岩应力有所减少,围岩位移变化不大。在交叉部位加强支护长度为15m时,围岩应力减少最多,初期支护所能承受的应力也最大,但从安全性和经济性的情况来看,选择交叉部位加强10m最合适。
(4)对现场实测的围岩拱顶沉降和水平收敛数据进行分析,验证了数值模拟所得出的围岩位移规律,并通过非线性回归方法对围岩位移进行了拟合,得出了适合交叉段围岩位移的拟合函数,最后对实测数据与数值模拟结果进行对比,发现在误差允许的范围内,数值模拟结果符合实际工程。
(1)采用数值模拟方法,分别对三种施工顺序进行了模拟。当先开挖连接道,再开挖电力隧道,最后开挖主通道时对交叉段的围岩应力、位移及初支应力影响最小。
(2)对主通道开挖过程进行了三维数值模拟,分析了主通道开挖过程中交叉段围岩应力、位移及初期支护结构力学行为。分析得到:主通道的施工破坏了交叉段隧道原有的成拱效应,在主通道施工过程中,交叉段围岩应力、位移和初期支护应力普遍增大。在主通道左右两侧施工15m范围内,对交叉段围岩和支护影响较大,对交叉段墙角位置处影响最大,且主通道施工对交叉段围岩的主要影响范围在交叉口10m左右。
(3)采用数值模拟方法,分别对四种施工工法和三种交叉部位加强支护长度进行了模拟。当交叉段采用双侧壁导坑法,主通道采用单侧壁导坑法的施工工法时,主通道开挖后交叉段隧道围岩应力、初期支护应力和围岩位移均为最小。交叉部位的初期支护加强后,所承担的围岩荷载也相应增加,随着交叉部位长度的增加,交叉段围岩应力有所减少,围岩位移变化不大。在交叉部位加强支护长度为15m时,围岩应力减少最多,初期支护所能承受的应力也最大,但从安全性和经济性的情况来看,选择交叉部位加强10m最合适。
(4)对现场实测的围岩拱顶沉降和水平收敛数据进行分析,验证了数值模拟所得出的围岩位移规律,并通过非线性回归方法对围岩位移进行了拟合,得出了适合交叉段围岩位移的拟合函数,最后对实测数据与数值模拟结果进行对比,发现在误差允许的范围内,数值模拟结果符合实际工程。