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原文传递箱形地下结构荷载对附近浅埋隧道开挖影响的数值分析

论文题名：	箱形地下结构荷载对附近浅埋隧道开挖影响的数值分析
关键词：	浅埋隧道;隧道开挖;围岩位移;建筑限界
摘要：	在城市环境中，由于城市空间的限制、线路选择的制约，地铁隧道往往不得不从既有的建（构）筑物附近穿过。这就产生了两个方面的问题:一方面，隧道开挖产生地层损失会引起地层变形和移动，使相邻的建（构）筑物产生附加内力及变形，甚至影响其安全或正常使用;另一方面，相邻的建（构）筑物的存在，使地层产生附加应力和变形，这会对隧道开挖后的二次应力状态产生影响。本文采用有限元软件MIDAS-GTS建立数值模型，从箱形地下结构荷载对隧道开挖后的洞室周边塑性区、洞周位移及洞周切向应力三个方面的影响来分析其对隧道开挖后的二次应力状态的影响。　　本研究主要内容包括：⑴将既有箱基结构简化为作用于地层之中的分布荷载（箱基荷载），在其它条件一定时，分别计算分析箱基荷载大小、箱基埋深及箱基荷载与隧道的横向距离大小各自对附近浅埋隧道全断面开挖（盾构法）开挖产生的洞室周边塑性区范围、洞周位移和洞周切向应力的影响特点，并与自由地层（无箱基荷载作用）的数值计算进行对比，分析箱基荷载对浅埋隧道全断面开挖后的二次应力状态影响的规律。⑵将既有箱基结构简化为作用于地层之中的分布荷载（箱基荷载），在其它条件一定时，分别计算分析箱基荷载大小、箱基埋深及箱基荷载与隧道的横向距离大小各自对附近浅埋隧道台阶法开挖产生的洞室周边塑性区范围、洞周位移和洞周切向应力的影响特点，并与自由地层（无箱基荷载作用）的数值计算进行对比，分析箱基荷载对隧道开挖后的二次应力状态影响的规律。⑶结合某地铁工程（地铁隧道附近存在既有地下结构荷载）案例进行数值计算，并与自由地层（无既有地下结构荷载）对比，分析既有地下结构荷载对隧道开挖后的二次应力状态的影响，并指出应采取的工程措施。⑷基于计算分析，得出主要结论如下：①对于隧道全断面开挖（盾构法），受箱基荷载影响一侧的洞室上部塑性区范围减小、下部的增大;受箱基荷载影响一侧洞室向隧道内部挤入的位移增大、洞周切向应力减小。箱基荷载越大、距隧道越近，箱基荷载对隧道开挖二次应力状态的影响越大。②对于隧道台阶法开挖，在下台阶开挖后，受箱基荷载影响一侧洞室上部的塑性区范围明显小于不受箱基荷载影响一侧洞室上部的塑性区范围，而下部正好相反，总体上塑性区近似沿竖轴方向呈反对称的蝴蝶状分布。受箱基荷载影响一侧洞室向隧道内部挤入的位移增大、洞周切向应力减小。箱基荷载越大、距隧道越近，箱基荷载对隧道开挖二次应力状态的影响越大。③通过某地铁工程案例计算分析，表明隧道开挖二次应力状态会受到地层中既有结构荷载的影响。与自由地层相比，既有结构荷载影响的具体表现:洞周位移增大，拱顶位移最大增幅为17.2％;总体上，洞周切向应力减小。下台阶开挖后，隧道拱顶处切向应力减小的幅度为11.2％，拱腰处切向应力减小的幅度为4.5％。洞周塑性区增大。下台阶开挖后，洞周塑性区范围增幅约为3.6％。
作者：	贾永州
专业：	建筑与土木工程
导师：	项彦勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文