新建隧道上跨或下穿施工对既有隧道力学响应研究

摘要

随着城市化进程的不断加快，新建地铁穿越既有盾构隧道的情况会越来越多。在设计过程中保证既有线路的正常运营是最基本的目标。研究新建盾构隧道对既有盾构隧道的影响，考虑既有盾构隧道与新建盾构隧道的位置关系，分析既有盾构隧道的力学行为对既有地铁盾构隧道的安全运行有非常重要的意义。本论文通过理论分析、三维数值模拟、透明土模型试验和神经网络相结合的研究方法，对新建盾构隧道上跨或下穿施工对既有盾构隧道造成的影响进行了研究。本论文的主要工作和结论如下： （1）采用两阶段分析的方法研究了新建盾构隧道上跨或下穿对既有盾构隧道产生的影响，研究发现上跨施工，既有盾构隧道发生隆起，下穿施工，既有盾构隧道发生沉降，隆起或沉降的最大位置位于既有盾构隧道和新建盾构隧道相交的位置，变形曲线都近似符合高斯正态分布；既有盾构隧道最大弯矩的位置和最大变形的位置相同，最大剪力位于既有盾构隧道轴线的两侧；上跨施工，随着间距的增加，既有盾构隧道受到的影响变小，泊松比的改变对既有盾构隧道没有影响，下穿时，间距和地层损失率的变化，对既有盾构隧道影响较大，泊松比改变对既有盾构隧道没有影响。 （2）通过对新建盾构隧道上跨或下穿既有盾构隧道建立三维有限元模型，研究了开挖过程对既有盾构隧道的影响，发现上跨盾构隧道还是下穿盾构隧道，新建盾构隧道开挖在水平方向的影响范围主要位于1.5D，增加支护压力和新旧盾构隧道之间的距离，既有盾构隧道的影响明显减弱。 （3）根据数值模拟和理论分析的结果，下穿盾构隧道受到的影响更大，采用透明土和PIV 相结合的技术模拟新建盾构隧道下穿既有盾构隧道的过程，研究发现新建盾构隧道下穿过程中，既有盾构隧道发生了变形，既有盾构隧道和新建盾构隧道相交的位置变形最大，而且越靠近既有盾构隧道两端变形越小，随着新建盾构隧道的开挖，既有盾构隧道的变形逐渐增大。 （4）通过BP神经网络模型可以近似预测一定范围内的注浆压力，新建盾构隧道开挖不同时刻对既有盾构隧道的影响，但是预测有一定的随机性，需要通过多次训练，才能满足要求，变形的预测精度要低于弯矩和剪力的预测结果。

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