隧道浅埋暗挖法施工对既有管线影响的三维有限元分析

摘要

地铁施工常在城市地下管线密集处，根据国内地铁区间线路不长的特点，多采用浅埋暗挖法施工。施工时不可避免造成的地层扰动会使管线产生附加压力及变形，严重时可能导致管线破坏。研究浅埋暗挖法隧道施工对既有管线的影响对地铁隧道顺利下穿既有管线有重要意义。本文依据青岛地铁3号线岭清区间工程，分析其实测沉降数据；考虑管土间相对移动建立管土接触面并模拟实际台阶法开挖过程，采用ANSYS有限元分析软件，对管线的受力及变形性状进行了模拟分析。
　　本研究主要内容包括：⑴分析了青岛地铁三号线地下管线的分布规律，从青岛地铁3号线管线的分布情况来看，城市地下管线埋深多在1~4m，材质以混凝土管居多，给排水管在城市管线中占很大比重，且对居民生活影响大，应重视对其的受力机理研究与保护。⑵分析了岭清区间实测数据，隧道施工对管线沉降影响较大的范围为隧道与管线相交处30m范围内，管线自身受隧道开挖影响沉降波动较大的范围为隧道中心线左右各15m以内，就施工本身而言，上台阶对管线沉降的贡献最大，达到45.47％。采用 ANSYS建模分析，所得结果与实测值接近，表明模型可靠适用。⑶将本文建模方法与不考虑接触面或考虑接触面但将管线等效为实体矩形管的建模方法对比，本文建模方法所算结果能更好的预测管线实际沉降。⑷用本文所建模型分析了管线参数（直径、埋深、材料、埋置时间）、土层参数（弹性模量、粘聚力）和施工参数（隧道跨度、施工步距）对管线变形及已受力的影响规律。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究思路及主要内容

第2章 浅埋暗挖法施工对既有管线影响的理论研究

2.1 引言

2.2 浅埋暗挖施工法基本介绍

2.3 地下管线的基本介绍

2.4 隧道施工对管线力学性能影响的研究

2.5 本章小结

第3章 隧道施工对管线影响的工程分析

3.1 青岛地区管线分布规律

3.2 岭清区间横通道下穿供水管线实测分析

3.3 数值模拟分析

3.4 与其他数值分析方法对比

3.5 本章小结

第4章 浅埋暗挖施工各参数对既有管线的影响分析

4.1 引言

4.2 管线自身参数对地下管线的影响

4.3 土层参数对地下管线的影响

4.4 隧道开挖对地下管线的影响

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文