盾構(gòu)雙隧道施工對(duì)臨近地埋管線的影響研究.pdf

1、地鐵隧道的施工將不可避免地引起周圍土體位移及應(yīng)力松弛，從而使得臨近管線產(chǎn)生過大的附加沉降和附加彎曲應(yīng)變。受隧道開挖影響的地埋管線能否正常安全地服役已成為目前城市地鐵隧道建設(shè)中各方關(guān)注的重點(diǎn)，尤其那些嚴(yán)重老化甚至已超過服役年限的地埋管線，其在隧道施工擾動(dòng)情況下的工作性能，成為地鐵隧道設(shè)計(jì)、施工中亟待解決的關(guān)鍵問題。對(duì)單隧道施工對(duì)臨近既有地埋管線的影響，目前，學(xué)者已作了較為系統(tǒng)的研究。隨著城市地下空間利用率不斷提高、建筑用地的限制及大斷面隧

2、道的施工，并行隧道極為常見。本文以地鐵盾構(gòu)雙隧道開挖對(duì)既有地埋管線的影響為研究對(duì)象，采用離心模型試驗(yàn)與有限元分析相結(jié)合的研究方法，對(duì)不同工況下盾構(gòu)雙隧道施工對(duì)臨近既有地埋連續(xù)管線的影響進(jìn)行了研究。著重對(duì)盾構(gòu)雙隧道開挖過程中地表沉降、管線沉降、管線彎曲應(yīng)變、管周土體的應(yīng)力應(yīng)變及強(qiáng)度、管-土相對(duì)剛度變化規(guī)律及管-土相互作用荷載傳遞機(jī)理進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上采用理論分析方法，對(duì)盾構(gòu)雙隧道施工對(duì)臨近既有連續(xù)管線和節(jié)點(diǎn)管線的影響進(jìn)行計(jì)算和分析。本文

3、主要研究?jī)?nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下:
　　(1)改進(jìn)了常規(guī)的在離心模型試驗(yàn)中只能模擬隧道開挖所致土體地層損失效應(yīng)的隧道模型，使得離心模型試驗(yàn)所用隧道模型可以同時(shí)模擬盾構(gòu)隧道施工引起的地層損失效應(yīng)和質(zhì)量損失效應(yīng)。
　　(2)采用離心模型試驗(yàn)對(duì)不同埋深盾構(gòu)雙隧道開挖對(duì)既有管線的影響進(jìn)行研究，同時(shí)編寫相關(guān)子程序，將基于地層損失比的位移控制法融入于有限元計(jì)算中，對(duì)離心模型試驗(yàn)進(jìn)行模擬分析，其中土體力學(xué)行為采用可刻畫土體小應(yīng)變特性和應(yīng)力、應(yīng)變

4、相關(guān)性的本構(gòu)模型進(jìn)行描述。研究表明:不同埋深雙隧道開挖對(duì)地表沉降、管線沉降、管線彎曲應(yīng)變的影響顯著;淺埋后繼隧道的開挖對(duì)管線下凸區(qū)分布影響顯著;實(shí)際施工中應(yīng)加強(qiáng)隧道開挖面位于±1.2DT（隧道直徑）時(shí)管線工作性能的監(jiān)控工作;應(yīng)慎重采用疊加原理對(duì)雙隧道開挖所致管線沉降及彎曲應(yīng)變進(jìn)行預(yù)測(cè)，需合理考慮后繼隧道開挖所致累積塑性應(yīng)變對(duì)管-土相對(duì)剛度的影響。
　　(3)以不同開挖順序及不同布置形式盾構(gòu)雙隧道開挖對(duì)臨近既有管線的影響為研究對(duì)象，

5、開展相關(guān)離心模型試驗(yàn)，同時(shí)采用上述相同的有限元模擬方法，對(duì)離心模型試驗(yàn)所涉及工況及其他四種拓展工況進(jìn)行有限元模擬分析。研究表明:雙隧道肩馱式布置時(shí)，先開挖下置隧道后開挖上覆隧道所致地表沉降、管線沉降、管線彎曲應(yīng)變最大;雙隧道重疊式布置時(shí)，先開挖上覆隧道后開挖下置隧道所致地表沉降、管線沉降、管線彎曲應(yīng)變最大;雙隧道不同相對(duì)位置對(duì)管線彎曲應(yīng)變及剪應(yīng)力分布影響顯著;建議在對(duì)先后施工不同埋深盾構(gòu)雙隧道開挖對(duì)既有地埋管線的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)分析時(shí)，應(yīng)合

6、理考慮后繼隧道開挖及上覆隧道遮攔效應(yīng)對(duì)管-土相對(duì)剛度的影響。
　　(4)在描述土-結(jié)構(gòu)相互作用的本構(gòu)關(guān)系中，同時(shí)考慮了土-結(jié)構(gòu)發(fā)生向上和向下相對(duì)位移情況下其對(duì)土體剛度的不同影響，以Vorster[1]提出的雙隧道開挖所致地層沉降曲線為輸入?yún)?shù)，通過對(duì)多種參數(shù)組合情況下雙隧道開挖對(duì)既有連續(xù)管線的影響進(jìn)行計(jì)算分析，提出了一種能合理反應(yīng)土體應(yīng)變變化的管-土相對(duì)剛度計(jì)算式，并給出了管-土相對(duì)剛度與管線相對(duì)曲率、管-土相對(duì)剛度與管線相對(duì)沉降

7、的關(guān)系式，同時(shí)驗(yàn)證了所提出的關(guān)系式的適用性及可靠性。以上關(guān)系式可直接用于計(jì)算單隧道及雙隧道開挖所致管線的最大彎曲應(yīng)變及管線最大沉降值，并可應(yīng)用于單隧道及雙隧道開挖對(duì)既有地埋管線安全性影響的評(píng)價(jià)分析工作中。
　　(5)采用上述相同的管-土相互作用本構(gòu)關(guān)系和雙隧道開挖所致地層沉降曲線，并以鉸鏈模型刻畫管線節(jié)點(diǎn)的力學(xué)行為，通過對(duì)多種參數(shù)組合情況下雙隧道開挖對(duì)既有節(jié)點(diǎn)管線的影響進(jìn)行計(jì)算分析，提出了一種新的適用于描述節(jié)點(diǎn)管線管-土相對(duì)剛度的