地鐵區(qū)間交疊小凈距隧道施工力學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、隨著城市軌道交通建設(shè)熱潮的到來，由于地形條件、周邊環(huán)境等因素的限制而在繁華區(qū)域修建交疊小凈距隧道的情況日漸增多。交疊小凈距隧道的先行洞和后行洞凈距小、空間相對位置變化頻繁，施工過程中的相互影響極大。這會對圍巖造成多次擾動，圍巖應(yīng)力和位移變化規(guī)律與普通分離式雙洞隧道大不相同，設(shè)計和施工面臨極大挑戰(zhàn)，所以有必要對地鐵區(qū)間交疊小凈距隧道施工力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行研究。重慶市軌道交通環(huán)線二期工程二郎站～華龍站區(qū)間隧道由分離式逐漸過渡為交疊小凈距式，交疊段

2、共98 m長。根據(jù)凈距不同將交疊段隧道分為兩種類型：凈距介于3.6 m～6.5 m為BI型洞室，凈距介于0.8 m～3.6 m為BⅡ型洞室。文本以該地鐵區(qū)間交疊小凈距隧道為工程依托，采用理論計算、有限元數(shù)值模擬和監(jiān)控量測的方法對交疊小凈距隧道的施工力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行深入研究，得到的結(jié)論可以為類似工程的設(shè)計和施工提供借鑒和參考。
　?、龠x取BI型洞室的典型截面并將其簡化為半無限空間內(nèi)的雙孔圓形深埋隧道進(jìn)行理論分析。利用Schwarz交替法

3、將多連通域轉(zhuǎn)換為單連通域，然后結(jié)合柯西積分法經(jīng)過1.5次迭代后得到該平面的兩個復(fù)應(yīng)力函數(shù)。再由復(fù)應(yīng)力函數(shù)求解出雙孔圓形洞室邊界特殊點圍巖應(yīng)力σx、σy和τxy的解析解。建立理論計算所選取截面的二維數(shù)值模型，通過數(shù)值計算得到雙孔圓形洞室邊界與理論計算對應(yīng)點圍巖應(yīng)力σx、σy和τxy的數(shù)值解。最后通過理論解與數(shù)值解的對比分析發(fā)現(xiàn)：兩洞室邊界特殊點圍巖σx、σy和τxy的解析解和數(shù)值解基本吻合且變化規(guī)律相同。
　?、谶x取 BⅡ型洞室兩隧

4、道凈距最小截面并將其等效簡化為半無限空間內(nèi)的傾斜橢圓單洞進(jìn)行理論分析。通過柯西積分法結(jié)合保角變換得到該平面的兩個復(fù)應(yīng)力函數(shù)，再由復(fù)應(yīng)力函數(shù)求解出傾斜橢圓單洞邊界特殊點圍巖應(yīng)力σx、σy和τxy的解析解。建立理論計算所選取截面的二維數(shù)值模型，通過數(shù)值計算得到傾斜橢圓單洞邊界與理論計算對應(yīng)點圍巖應(yīng)力σx、σy和τxy的數(shù)值解。最后將理論解與數(shù)值解對比分析得到以下結(jié)論：傾斜橢圓單洞邊界特殊點圍巖應(yīng)力σx、σy和τxy的解析解和數(shù)值解總體相差不

5、大且基本遵循周期為п的周期變化規(guī)律。
　?、圻\用有限元分析軟件Midas GTS建立交疊小凈距隧道的三維數(shù)值模型，對施工順序進(jìn)行研究。通過綜合對比“先上后下”和“先下后上”兩種施工工況得到的圍巖應(yīng)力、位移和塑性區(qū)的大小及分布規(guī)律來選擇安全合理的施工順序，最后得出“先下后上”的施工順序更加合理的結(jié)論。
　?、芙⑷S有限元數(shù)值模型對交疊小凈距隧道先行洞和后行洞的開挖步距進(jìn)行研究。通過綜合分析0.5 m、1 m、1.5 m、2

6、m四種開挖步距得到的圍巖應(yīng)力、位移和塑性區(qū)的大小和分布規(guī)律來選擇經(jīng)濟安全的施工開挖步距。最后得到以下結(jié)論：對于BI型洞室，先行洞和后行洞均以2m/循環(huán)的步距進(jìn)行施工開挖；對于BⅡ型洞室，先行洞采用1.5m/循環(huán)的開挖步距，后行洞采用1m/循環(huán)的開挖步距。
　　⑤通過施工監(jiān)控量測和三維有限元分析對交疊小凈距隧道施工動態(tài)效應(yīng)進(jìn)行研究。選取先行洞的4個典型截面，通過分析各研究截面圍巖應(yīng)力和位移隨先行洞和后行洞的開挖而發(fā)生的變化規(guī)律得到交