隧道下穿既有地鐵結(jié)構(gòu)受力特征及變形規(guī)律分析.pdf

1、隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，穿越施工越來越多。新建隧道下穿既有隧道時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不同程度的地層擾動(dòng)，進(jìn)而使得既有隧道結(jié)構(gòu)以及軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的受力變形，過大的變形將影響地鐵列車的安全運(yùn)營。本文采用有限元方法，選擇新建隧道土層不同沉降量、新建隧道及既有隧道不同埋深、不同土層參數(shù)以及新建雙線隧道不同間距的情況，分別對新建隧道下穿既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)的受力特征和變形規(guī)律進(jìn)行了研究，得到以下主要研究成果:
　　1)通過新建隧道施工中不同拱頂沉

2、降量對既有隧道結(jié)構(gòu)受力和變形的影響分析，建立了既有隧道及軌道最大沉降值、影響范圍、反彎點(diǎn)距離、傾斜率、軌道靜態(tài)幾何不平順偏差值等特征值與新建隧道拱頂沉降之間的函數(shù)關(guān)系。研究表明，新建隧道拱頂沉降增大，既有軌道以及地表沉降均隨之增大。新建隧道拱頂沉降53mm時(shí)，既有軌道豎向沉降為13mm，軌道靜態(tài)前后高低偏差值和方向偏差值分別為2.5 mm/10m、1.1mm/10m，軌道縱向拉應(yīng)力最大為9.5MPa，最大壓應(yīng)力為5.4MPa，與軌道基本

3、應(yīng)力疊加后，最大值為325.2MPa，滿足既有軌道強(qiáng)度和安全運(yùn)營要求;既有隧道管片縱向壓應(yīng)力較小，最大拉應(yīng)力為1.82MPa，滿足隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。經(jīng)過綜合分析，建議既有軌道豎向沉降不超過13mm，軌道扣件可調(diào)量作為安全儲(chǔ)備。
　　2)在既有隧道與新建隧道間距小于一倍洞徑(6m)情況下，不論是既有隧道埋深增加，還是新建隧道埋深增加，其軌道靜態(tài)前后高低偏差值均增大，無碴軌道靜態(tài)方向偏差值均減小。既有隧道埋深增加3m，軌道縱向拉應(yīng)力最

4、大漲幅2MPa左右，既有管片縱向最大拉應(yīng)力增長0.5MPa左右。新建隧道埋深增加3m，既有管片縱向壓應(yīng)力增長0.8MPa，縱向拉應(yīng)力最大值增大0.5MPa左右，軌道縱向附加應(yīng)力影響不大。既有隧道所在土層彈性模量越小，則既有隧道的豎向沉降越大，而水平向變形影響不大。
　　3)當(dāng)新建雙線隧道間距為0.5倍洞徑時(shí)，右線隧道的開挖對先行開挖的左線隧道所造成的擾動(dòng)影響有較大的疊加效應(yīng)，雙線隧道貫通后，土層及結(jié)構(gòu)沉降槽寬度增加。隨著雙線隧道間

5、距增大，疊加效應(yīng)減小，沉降槽寬度增大，豎向沉降減小。雙線隧道間距增加到4倍洞徑時(shí)，新建隧道與既有隧道之間的夾層土的沉降槽存在雙波谷現(xiàn)象，而軌道豎向沉降在雙線隧道中軸線兩側(cè)各15m范圍內(nèi)為一段平緩的沉降曲線。通過計(jì)算分析論證了既有隧道結(jié)構(gòu)和軌道變形、反彎點(diǎn)距離、影響半徑、傾斜率、距離與雙線隧道間距之間存在線性關(guān)系。
　　4)雙線隧道間距減小，其無碴軌道靜態(tài)前后高低偏差值以及無碴軌道靜態(tài)方向偏差值均增大。在0.5倍洞徑間距時(shí)，軌道豎向