箱形地下結構荷載對附近淺埋隧道開挖影響的數(shù)值分析.pdf

1、在城市環(huán)境中，由于城市空間的限制、線路選擇的制約，地鐵隧道往往不得不從既有的建（構）筑物附近穿過。這就產(chǎn)生了兩個方面的問題:一方面，隧道開挖產(chǎn)生地層損失會引起地層變形和移動，使相鄰的建（構）筑物產(chǎn)生附加內(nèi)力及變形，甚至影響其安全或正常使用;另一方面，相鄰的建（構）筑物的存在，使地層產(chǎn)生附加應力和變形，這會對隧道開挖后的二次應力狀態(tài)產(chǎn)生影響。本文采用有限元軟件MIDAS-GTS建立數(shù)值模型，從箱形地下結構荷載對隧道開挖后的洞室周邊塑性區(qū)、

2、洞周位移及洞周切向應力三個方面的影響來分析其對隧道開挖后的二次應力狀態(tài)的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴將既有箱基結構簡化為作用于地層之中的分布荷載（箱基荷載），在其它條件一定時，分別計算分析箱基荷載大小、箱基埋深及箱基荷載與隧道的橫向距離大小各自對附近淺埋隧道全斷面開挖（盾構法）開挖產(chǎn)生的洞室周邊塑性區(qū)范圍、洞周位移和洞周切向應力的影響特點，并與自由地層（無箱基荷載作用）的數(shù)值計算進行對比，分析箱基荷載對淺埋隧道全斷面開挖后的

3、二次應力狀態(tài)影響的規(guī)律。⑵將既有箱基結構簡化為作用于地層之中的分布荷載（箱基荷載），在其它條件一定時，分別計算分析箱基荷載大小、箱基埋深及箱基荷載與隧道的橫向距離大小各自對附近淺埋隧道臺階法開挖產(chǎn)生的洞室周邊塑性區(qū)范圍、洞周位移和洞周切向應力的影響特點，并與自由地層（無箱基荷載作用）的數(shù)值計算進行對比，分析箱基荷載對隧道開挖后的二次應力狀態(tài)影響的規(guī)律。⑶結合某地鐵工程（地鐵隧道附近存在既有地下結構荷載）案例進行數(shù)值計算，并與自由地層（無

4、既有地下結構荷載）對比，分析既有地下結構荷載對隧道開挖后的二次應力狀態(tài)的影響，并指出應采取的工程措施。⑷基于計算分析，得出主要結論如下：①對于隧道全斷面開挖（盾構法），受箱基荷載影響一側的洞室上部塑性區(qū)范圍減小、下部的增大;受箱基荷載影響一側洞室向隧道內(nèi)部擠入的位移增大、洞周切向應力減小。箱基荷載越大、距隧道越近，箱基荷載對隧道開挖二次應力狀態(tài)的影響越大。②對于隧道臺階法開挖，在下臺階開挖后，受箱基荷載影響一側洞室上部的塑性區(qū)范圍明顯小

5、于不受箱基荷載影響一側洞室上部的塑性區(qū)范圍，而下部正好相反，總體上塑性區(qū)近似沿豎軸方向呈反對稱的蝴蝶狀分布。受箱基荷載影響一側洞室向隧道內(nèi)部擠入的位移增大、洞周切向應力減小。箱基荷載越大、距隧道越近，箱基荷載對隧道開挖二次應力狀態(tài)的影響越大。③通過某地鐵工程案例計算分析，表明隧道開挖二次應力狀態(tài)會受到地層中既有結構荷載的影響。與自由地層相比，既有結構荷載影響的具體表現(xiàn):洞周位移增大，拱頂位移最大增幅為17.2％;總體上，洞周切向應力減小