層狀地基中隧道開挖對(duì)臨近既有管道影響分析.pdf

1、近年來，我國(guó)城市化水平的迅速提高帶動(dòng)了城市地下軌道交通系統(tǒng)的快速發(fā)展。盾構(gòu)法隧道施工由于可以較小程度地對(duì)地面交通產(chǎn)生影響而越來越廣泛的被應(yīng)用于地下鐵道的建設(shè)中，該工法已經(jīng)成為我國(guó)城市地下軌道交通系統(tǒng)中的一種重要施工方法。然而，在隧道的修建過程中，由于盾構(gòu)開挖面土體的應(yīng)力釋放以及開挖引起的土體損失，不可避免地會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生撓動(dòng)，當(dāng)這種撓動(dòng)超過一定限度時(shí)，會(huì)危及臨近既有管道的安全和正常使用。過大的縱向不均勻沉降甚至?xí)斐杉扔械罔F軌道縱向扭

2、曲變形進(jìn)而危及地鐵列車的正常運(yùn)營(yíng)；還應(yīng)注意到，隧道施工場(chǎng)地往往處于市政管線的密集區(qū)，如果施工不當(dāng)會(huì)造成地下管線嚴(yán)重變形，引起較大應(yīng)力而破壞。因此，針對(duì)盾構(gòu)隧道開挖引起的周圍土體變形以及在隧道開挖條件下對(duì)臨近既有管道的縱向變形性狀進(jìn)行研究具有很重要的工程實(shí)際意義。
　　 本文考慮地基土體非均質(zhì)性的影響，應(yīng)用彈性層狀半空間地基模型，建立了層狀地基中盾構(gòu)隧道施工引起周圍土體變形以及臨近既有管道縱向變形的位移控制分析方法，改變了過去采用

3、簡(jiǎn)化分析方法僅能在均質(zhì)地基中求解此類工程問題的狀況。本文的研究成果可為合理評(píng)估盾構(gòu)隧道施工對(duì)周圍環(huán)境的影響以及合理制定臨近既有管道的保護(hù)措施提供一定的理論依據(jù)。
　　 本文研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 (1)提出了直角坐標(biāo)系中任意荷載作用下彈性層狀半空間地基模型的基本解。首先在直角坐標(biāo)系下采用雙重Fourier積分變換得到單層地基應(yīng)力和位移的初始函數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上運(yùn)用矩陣遞推技術(shù)，給出了任意荷載作用下層狀地基中

4、應(yīng)力和位移的解析表達(dá)式，即彈性層狀半空間地基模型的基本解。
　　 (2)提出了基于彈性層狀半空間地基模型的盾構(gòu)隧道開挖引起層狀土體變形的位移控制邊界單元法(DCBEM)。在本方法中，針對(duì)盾構(gòu)隧道開挖邊界引入橢圓化非等量徑向土體位移移動(dòng)模式，建立了層狀地基中洞周邊值問題的邊界積分求解方程，并采用高階等參單元代替低階常分布單元得到了邊界離散方程，同時(shí)以彈性層狀半空間地基模型的基本解代替常規(guī)均勻介質(zhì)體的Kelvin基本解或Mindli

5、n基本解，最終求得隧道洞周給定位移條件下的土體自由位移場(chǎng)。
　　 (3)提出了層狀地基中盾構(gòu)隧道開挖對(duì)臨近既有管道影響的兩階段簡(jiǎn)化分析方法。在本方法中，采用彈性層狀半空間地基模型將既有管線視為Euler-Bernoulli梁，地基土體連續(xù)位移采用彈性層狀半空間體系的基本解進(jìn)行計(jì)算，并引入臨近隧道開挖引起的土體自由位移場(chǎng)影響建立該問題的連續(xù)彈性求解方程，從而可以求得既有管道的縱向位移和內(nèi)力。
　　 (4)提出了層狀地基中盾