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原文传递地铁区间交叠小净距隧道施工力学效应研究

论文题名：	地铁区间交叠小净距隧道施工力学效应研究
关键词：	交叠小净距隧道;隧道施工;开挖步距;力学效应;地铁区间
摘要：	随着城市轨道交通建设热潮的到来，由于地形条件、周边环境等因素的限制而在繁华区域修建交叠小净距隧道的情况日渐增多。交叠小净距隧道的先行洞和后行洞净距小、空间相对位置变化频繁，施工过程中的相互影响极大。这会对围岩造成多次扰动，围岩应力和位移变化规律与普通分离式双洞隧道大不相同，设计和施工面临极大挑战，所以有必要对地铁区间交叠小净距隧道施工力学效应进行研究。重庆市轨道交通环线二期工程二郎站～华龙站区间隧道由分离式逐渐过渡为交叠小净距式，交叠段共98 m长。根据净距不同将交叠段隧道分为两种类型：净距介于3.6 m～6.5 m为BI型洞室，净距介于0.8 m～3.6 m为BⅡ型洞室。文本以该地铁区间交叠小净距隧道为工程依托，采用理论计算、有限元数值模拟和监控量测的方法对交叠小净距隧道的施工力学效应进行深入研究，得到的结论可以为类似工程的设计和施工提供借鉴和参考。　　①选取BI型洞室的典型截面并将其简化为半无限空间内的双孔圆形深埋隧道进行理论分析。利用Schwarz交替法将多连通域转换为单连通域，然后结合柯西积分法经过1.5次迭代后得到该平面的两个复应力函数。再由复应力函数求解出双孔圆形洞室边界特殊点围岩应力σx、σy和τxy的解析解。建立理论计算所选取截面的二维数值模型，通过数值计算得到双孔圆形洞室边界与理论计算对应点围岩应力σx、σy和τxy的数值解。最后通过理论解与数值解的对比分析发现：两洞室边界特殊点围岩σx、σy和τxy的解析解和数值解基本吻合且变化规律相同。　　②选取 BⅡ型洞室两隧道净距最小截面并将其等效简化为半无限空间内的倾斜椭圆单洞进行理论分析。通过柯西积分法结合保角变换得到该平面的两个复应力函数，再由复应力函数求解出倾斜椭圆单洞边界特殊点围岩应力σx、σy和τxy的解析解。建立理论计算所选取截面的二维数值模型，通过数值计算得到倾斜椭圆单洞边界与理论计算对应点围岩应力σx、σy和τxy的数值解。最后将理论解与数值解对比分析得到以下结论：倾斜椭圆单洞边界特殊点围岩应力σx、σy和τxy的解析解和数值解总体相差不大且基本遵循周期为п的周期变化规律。　　③运用有限元分析软件Midas GTS建立交叠小净距隧道的三维数值模型，对施工顺序进行研究。通过综合对比“先上后下”和“先下后上”两种施工工况得到的围岩应力、位移和塑性区的大小及分布规律来选择安全合理的施工顺序，最后得出“先下后上”的施工顺序更加合理的结论。　　④建立三维有限元数值模型对交叠小净距隧道先行洞和后行洞的开挖步距进行研究。通过综合分析0.5 m、1 m、1.5 m、2 m四种开挖步距得到的围岩应力、位移和塑性区的大小和分布规律来选择经济安全的施工开挖步距。最后得到以下结论：对于BI型洞室，先行洞和后行洞均以2m/循环的步距进行施工开挖；对于BⅡ型洞室，先行洞采用1.5m/循环的开挖步距，后行洞采用1m/循环的开挖步距。　　⑤通过施工监控量测和三维有限元分析对交叠小净距隧道施工动态效应进行研究。选取先行洞的4个典型截面，通过分析各研究截面围岩应力和位移随先行洞和后行洞的开挖而发生的变化规律得到交叠小净距隧道施工动态影响效应，并结合实际监控量测数据，验证模拟结果的正确性，最后给出施工建议。
作者：	孙志岗
专业：	土木工程
导师：	靳晓光
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文