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原文传递软土地区叠交隧道施工的变形特性及地震响应分析

论文题名：	软土地区叠交隧道施工的变形特性及地震响应分析
关键词：	叠交隧道;软土地区;变形特性;地震响应;数值模拟
摘要：	随着城市轨道交通建设蓬勃发展，地铁线网日趋密集。由于受到地下空间的限制，势必出现大量的叠交隧道情况。叠交隧道是涉及新建隧道-既有隧道-土体三者相互作用的复杂体系，地铁建设中对其变形有着非常严格的控制标准，特别是广泛分布软土地层的沿海发达地区，极易因软土变形而引发安全问题。沿海软土地区地质构造复杂，震害风险较高，抗震性能差，设防烈度高，地震作用的不确定性增加了地铁工程的事故风险。因此，软土地区叠交隧道的安全性已成为城市轨道交通建设中的突出问题。本文结合现场实测、数值模拟和模型试验等研究方法，开展了软土地区叠交盾构隧道施工的变形特性及动力响应研究，为城市轨道交通建设的安全预测、评判和正常工作提供科学评价依据和必要支撑。具体内容分为以下几个部分：　　（1）基于叠交盾构隧道施工的现场实测数据，分析了其施工引发的地表和新建隧道的变形特性。针对地表沉降，与单隧道呈常规的高斯分布相比，双线叠交隧道呈左右两侧发生隆起的高斯分布，而三线叠交隧道呈双峰型。同时，建立了叠交盾构隧道施工有限元模型，通过对比现场实测和数值模拟的结果，验证了数值模型的合理性，为后续数值模拟分析提供参数指导和建立依据。　　（2）在数值模拟的基础上，建立了上穿、中穿和下穿三种施工顺序下叠交隧道施工有限元模型，揭示了叠交隧道施工中地层（竖向位移和水平位移）和叠交隧道（新建隧道和既有隧道）的变形特性，分析了施工顺序对变形特性的影响，提出了考虑既有隧道刚度和新建隧道隆起的三线叠交隧道施工地表沉降预测方法，为精准控制地表沉降提供技术支持。　　（3）为考虑三向地震作用对叠交隧道的影响，自主研发了三向限位连接件，实现了层状模型箱三向剪切运动，解决了振动台试验地震动三向输入的问题。利用数值模拟揭示了正弦波作用下模型箱的动力特性和边界效应，利用振动台试验揭示了三向地震作用下模型箱的动力特性和边界效应及地基土的加速度放大效应，验证了模型箱的试验性能，为叠交隧道振动台模型试验提供物理支撑。　　（4）利用自主研制的层状三向剪切圆筒形模型箱，开展了三向地震作用下叠交隧道振动台模型试验研究，揭示了三向地震作用下地基土-叠交隧道体系的动力响应特征及相互作用，重点分析了体系动力特性、地基土加速度、叠交隧道加速度、地表沉降、地基土孔压、叠交隧道动土压力和叠交隧道应变，为考虑地铁列车荷载的叠交隧道振动台试验提供对比。　　（5）基于三向地震作用下叠交隧道的动力响应分析，开展了考虑地铁列车荷载的叠交隧道地震动力响应振动台模型试验，对比分析了有、无地铁列车荷载的地基土-叠交隧道体系动力特性、地基土地震动力响应和叠交隧道地震动力响应，讨论了地铁列车荷载的影响。在此基础上，开展了不同地层条件下叠交隧道地震动力响应振动台模型试验，对比分析了砂土、粘土和砂-粘双层土三种地层中地基土-叠交隧道体系动力特性、地基土地震动力响应和叠交隧道地震动力响应，探究了地层条件的影响，为类似叠交隧道的抗震设计提供参考。
作者：	胡垚
专业：	土木工程
导师：	雷华阳
授予学位：	博士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2021