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原文传递近接隧道渗漏条件下土体和隧道变形特性研究

论文题名：	近接隧道渗漏条件下土体和隧道变形特性研究
关键词：	近接隧道;漏水漏砂过程;土体变形;围岩变形;数值模拟
摘要：	近年来，地铁因其安全和高效的特点，在城市发展中得到大规模的建设和运营，一方面密集区施工的近接隧道越来越多，另一方面城市地铁盾构隧道建设和运营中漏水、漏砂现象时有发生，已成为隧道施工和运营安全事故的主要原因，因此，研究近接隧道渗漏条件下的土体和隧道变形特性具有重要意义。目前对于隧道漏水和漏砂的研究多局限于以单条隧道漏水为研究对象，而对近接隧道条件下隧道漏水、漏砂的研究较少涉及。本文针对近接隧道渗漏工况，采用室内模型试验和数值模拟手段，进行了近接隧道条件下地层和隧道变形研究，为科学处理施工和运营期间的安全事故提供合理的理论依据。主要研究内容如下：　　本文设计了一种可调节式渗漏点的盾构隧道可视化模型试验装置并进行了系列试验，探究了砂土地层近接隧道在不同漏水位置、隧道埋深和地表水位条件下的临界缝隙宽度，并对隧道不同位置漏水漏砂过程中漏砂级配变化、土体变形、孔隙水压力和土压力的变化进行了研究。研究表明，在砂土地层中，隧道轻度漏水，对水平净距大于2D（D为隧道外直径）以外的平行隧道影响较小。临界缝隙宽度受漏缝在隧道横截面中所处位置的影响较大，但隧道埋深和地表水位高度对临界缝隙宽度的影响很小。在相同漏缝宽度下，拱顶和拱肩的漏水漏砂最易引起冒顶。漏水漏砂发生后漏缝附近的土压力呈先降低后增大的变化规律，拱肩位置处土压力降低0.43 kPa，拱腰位置处土压力降低0.71 kPa，拱脚位置处土压力降低0.84 kPa，拱底位置漏水漏砂最多降低0.21 kPa。不同位置漏水漏砂引起的地表沉降槽在水平面内的最终形态不同，拱肩和拱腰处漏水漏砂形成的地表沉降槽呈圆形，对应半径分别为2.61D和3.33D；拱脚处漏水漏砂形成的地表沉降槽呈长轴与隧道中心线平行的椭圆形，其对应长轴长度为3.13D、短轴长度为2.71D；拱底处漏水漏砂形成的地表沉降槽呈双圆形，两圆关于隧道中心线对称，圆心距离为0.80D，两圆半径均为1.80D。　　采用数值模拟分析了上软下硬地层、上硬下软地层、软-硬-软地层三种简单成层地层和天津典型地层中隧道局部漏水引起周围土体和隧道的变形。结果表明，上软下硬地层和上硬下软地层中隧道漏水引起的地层沉降范围在第7 d到第30 d内没有明显的变化，而软-硬-软地层中隧道漏水引起的地层沉降范围在第7d到第 30 d 内产生了明显的增加，这说明穿越承压含水层的隧道发生漏水必须尽快治理，否则将引起大范围、大幅度的地表沉降。上软下硬地层中隧道漏水引起的地层沉降深度在渗漏位置下方1D以内；上硬下软地层中隧道漏水引起的地层沉降深度在渗漏位置左右；软-硬-软地层中隧道漏水引起的地层沉降深度则达到整个粉砂层的最下方。隧道发生漏水，对漏水隧道和平行隧道管片承受的弯矩和轴力有明显影响。拱腰漏水引起的弯矩峰值增大最为明显，漏水隧道和平行隧道的正弯矩峰值分别增大10.74%和6.71%。拱肩漏水引起的轴力峰值增大最为明显，漏水隧道和平行隧道的轴力峰值分别增大28.46%和15.46%。基于计算结果提出针对天津地区典型地层中双线平行盾构隧道工程在隧道设计阶段考虑漏水不利条件下建议采用的弯矩、轴力建议设计值，可为工程实践提供借鉴。
作者：	程泽宇
专业：	建筑与土木工程
导师：	雷华阳;夏宗军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2022