地铁隧道开挖对地下综合管廊影响规律的研究

摘要

随着地下空间的开发和利用，越来越多的地下建构筑物临近既有的建构筑物施工，新建地铁隧道穿越城市地下综合管廊是一个典型的例子，隧道施工将导致地层的应力场和位移场发生变化，地层的移动直接作用在管廊上，从而造成管廊的破坏，因此开展地铁隧道施工对地下综合管廊的影响研究具有重要的意义。 本文采用数值模拟以及理论分析的方法研究了地铁隧道施工对管廊的沉降变形及内力的影响，并总结了一套适用于地铁隧道施工对地下综合管廊变形影响的控制措施。主要的研究工作及成果如下： （1）通过有限元数值分析方法模拟隧道开挖引起的地表沉降规律，得到在距线路中心5m的范围内，地表沉降受隧道开挖的影响较大，且当隧道开挖步接近某一断面时，对该断面的地表沉降影响逐渐增大；将模拟值与实测结果进行对比，验证了有限元模型的可靠性。 （2）选取隧道与管廊平行和隧道与管廊正交的两种工况，模拟隧道开挖这一动态过程对管廊的影响规律。结果表明：对于隧道垂直下穿管廊开挖的工况，管廊在隧道开挖完成后的整体沉降曲线近似于正态分布曲线；对于隧道平行下穿管廊开挖的工况，管廊在隧道开挖过程中的整体变形为S形；对比两种工况可知，隧道平行下穿管廊开挖时，对管廊所引起的沉降和应力都更为不利。 （3）对影响地下综合管廊抗变形能力的因素进行分析，研究了不同管廊壁厚、加腋尺寸、管隧相对距离、隧道开挖半径、管廊结构形式及管廊断面刚度分布对管廊沉降及应力规律的影响。通过研究可得，不同管廊壁厚、加腋尺寸及管廊断面刚度分布对管廊沉降及应力的影响较小；管隧相对距离、隧道开挖半径及管廊结构形式对管廊沉降及应力的影响较大，在设计和施工工程中应重点关注。 （4）通过理论分析的方法研究了地铁隧道施工对管廊的影响，采用本文模拟所得到的管廊埋深处地层沉降公式，基于Winkler弹性地基梁模型，推导出隧道施工引起的上部管廊沉降变形控制方程，给出了方程的解析解；并分析了不同纵向刚度下隧道开挖对管廊沉降的影响，得到管廊的最大沉降值随着纵向刚度的增大而逐渐减小。 （5）基于已有的研究成果及本文的研究成果，对管廊的破坏原因、安全评估方法以及相应的保护控制措施进行了总结。

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