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原文传递新建双线隧道下穿施工对既有双线隧道的影响分析

论文题名：	新建双线隧道下穿施工对既有双线隧道的影响分析
关键词：	盾构隧道;双线隧道下穿;结构响应;复变函数法;数值模拟
摘要：	随着城市地铁建设的持续进行，地铁线路网络越来越密，穿越工程越来越多。新建双线隧道下穿施工风险高，难度大，本文针对新建双线隧道下穿既有双线隧道问题，运用理论解析、数值模拟、调查统计等方法，开展了新建双线隧道下穿施工对既有双线隧道的影响规律及控制措施研究。论文的主要工作和成果如下：　　（1）采用两阶段法，第一阶段基于复变函数法，考虑新建双线隧道左线施工和右线施工引起的地层损失差异，建立了双线隧道开挖解析模型，推导了双线隧道施工引起的地层变形复变函数解；第二阶段基于Pasternak地基模型，推导了附加位移对既有隧道影响的控制微分方程，得到了既有隧道结构的位移和弯矩表达式，编制了自动计算程序，计算结果和实测数据吻合，较已有理论解精度进一步提高。　　（2）采用数值模拟方法，将衬砌横向和纵向不等的刚度折减系数引入新建双线盾构隧道下穿既有双线盾构隧道问题研究中，对隧道衬砌的横向和纵向进行了不同的刚度折减，采用横向各向同性模型模拟隧道衬砌，建立了考虑开挖面支护力、地层损失、注浆压力及盾尾注浆浆液硬化过程等施工因素的双线隧道施工引起既有隧道变形及内力响应的精细化三维仿真模型，获得了新建双线隧道下穿施工对既有双线隧道的影响规律。研究发现：自盾构掘进至既有隧道外侧拱腰下方时竖向变形明显增加，至既有隧道下方的新建隧道管片环周围浆液硬化时竖向变形增速减小，变形趋于稳定。新建隧道施工完毕时既有隧道左线和右线变形形态基本一致，左线变形值略大于右线变形值。第一条隧道盾构掘进阶段对应的既有隧道竖向变形曲线呈“V”形态，在新建双线隧道的第一条隧道轴线处取得最大值。第二条隧道盾构掘进阶段对应的既有隧道竖向变形曲线为不对称的“W”形态，在新建双线隧道的第一条隧道轴线处和第二条隧道轴线处取得极大值，最终在第二条隧道轴线处的竖向变形大于在第一条隧道轴线处的竖向变形。　　（3）基于理论解析和数值模拟，揭示了新建隧道直径、新建双线隧道中心间距、既有隧道与新建隧道的竖向间距、地层损失率、注浆压力等因素对既有隧道响应的影响规律。研究发现：新建双线隧道中心间距、新建双线隧道和既有隧道竖向间距的变化均可引起既有隧道沉降曲线形态的变化。减小新建双线隧道直径、增大新建双线隧道中心间距、增大新建双线隧道和既有隧道竖向间距、降低新建隧道地层损失率，均可以减小既有隧道的沉降。随着注浆压力的增大，既有隧道的纵向变形逐渐减小。在新建双线隧道施工时，要严格控制注浆压力，以减小既有隧道沉降，同时要注意避免注浆压力过大造成土体劈裂或引起管片破坏。　　（4）基于对现行的穿越工程相关标准规范的调研，提出了既有隧道控制标准的确定方法，根据影响因素分析得到的规律并结合对相关标准规范的调研以及工程实践，总结了既有双线盾构隧道变形控制措施，利用数值模拟方法对部分常用控制措施的控制效果进行了评价，并给出了选择控制措施的建议。
作者：	曹淇乘
专业：	土木工程
导师：	张成平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023