新建隧洞下穿既有隧道离心模型试验研究_论文

发布于:2021-11-29 04:10:04

第 15 卷 2017 年 8 月 第4期 中国水利水电科学研究院学报 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research Vol.15 August, 2017 No.4 文章编号: 1672-3031 (2017) 04-0286-05 新建隧洞下穿既有隧道离心模型试验研究 李从安 1 ,李 波 1 ,王志鹏 2 ,龚壁卫 1 (1. 长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北 武汉 2. 中国市政工程西北设计研究院有限公司 深圳分院,广东 深圳 430010 ; 518000) 摘要: 针对某市输水隧洞下穿既有地铁隧道沿线,采用离心模型试验技术研究了新建隧洞以不同间距下穿既有隧 道,对既有隧道产生的影响以及上覆土层的沉降变形。通过分阶段排出固定体积的溶液模拟盾构掘进过程中的地 层损失,辅以激光位移计以及应变片对既有隧道和地表变形进行监测。试验结果表明:隧道深埋时,新建隧洞与 既有隧道净距为一倍隧道直径时,既有隧洞不均匀沉降愈显著;净距两倍以上隧洞直径时既有隧道不均匀沉降趋 *ト酰簧盥袼矶纯诙缘乇沓两涤跋旖闲 @胄哪P褪匝槌晒淼滥P褪匝橐约袄嗨扑矶纯谑┕ぬ峁┎慰 依据。 关键词: 隧洞;离心试验;沉降;地层损失比 中图分类号: TV554 文献标识码: A doi: 10.13244/j.cnki.jiwhr.2017.04.007 1 研究背景 随着我国城市化进程加快,城市居住人口增加,造成诸多城市多呈现交通拥堵,地上空间冗杂。 为节省地上空间,地下空间的开发成为改善 “城 市 综 合 症 ” 有效举措。随着地下空间开发利用进程推 进,在诸多一线城市如深圳、上海、北京和广州等地铁网络错综复杂,地铁隧道*接施工现象愈加普 遍,然而,新建隧洞*接施工又必然会导致临*既有隧道的不均匀沉降,引起既有隧道的错台、开 裂、防水失效及轨道沉降不均等问题,危及轨道运行安全 。因此,为保证新建隧洞施工期既有隧道 结构安全、运营稳定,对新建隧洞下穿既有隧道,对既有隧道的变形控制影响研究显得颇为重要。 对于新建隧洞下穿既有隧道的研究目前主要的研究手段从包括理论分析、数值模拟、模型试验 以及现场监测。 1986 年 Attewell 等 给出了管线纵向变形控制微分方程的推导过程,并详细介绍了隧 [2] [1] 道开挖对既有管线以及地表的影响。张治国等 针对软土地区新建隧洞下穿既有隧道施工提出新建隧 [4] [5] [3] 洞开挖时,既有隧道纵向受力变形简化计算方法,并提出了新建隧洞在层状地基中*接施工对既有 隧道影响的计算方法 。李强和曾德顺 采用三维弹塑性有限元方法模拟盾构施工过程,模拟新建隧 洞下穿既有隧道施工对既有隧道的影响。结果表明新建隧洞掘进过程中*τ胛榷ū仁怯跋旒扔 隧道变形的主要因素。方勇等 采用三维有限元考虑衬砌横观各向同性性质对新建隧洞动态掘进进行 模拟,计算结果表明新建隧洞的开挖对既有隧道及上覆地表土层都将产生影响,既有隧道底部拉应 力较大,且既有隧道的变形经历了加载—卸载—加载的过程。何川等 采用模型试验研究新建隧洞下 穿施工对既有隧道的影响。考虑不同隧道净距、顶推力以及不同围岩条件下,既有隧道的内力及变 形 规 律 。 研 究 结 果 表 明 新 建 隧 洞 开 挖 到 既 有 隧 道 前 方 3D 到 后 方 2D 范 围 时 对 既 有 隧 道 的 不 均 匀 沉 降 [8] [7] [6] 影响较大 (D 为隧道的直径) 。试验采用 1g 条件缩尺模型未能考虑原型缩尺后的应力损失问题。马险 峰等 采用离心模型试验研究软土地区隧道浅埋新建隧洞开挖 - 注浆对上部既有隧道的影响,但对于 新建隧洞深埋不同间距开挖时,既有隧道受其影响还有待研究。 收稿日期: 2017-06-15 基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费项目 (CKSF2017012/YT) ;国家自然科学基金项目 (51308067) ;湖州市自然科 作者简介:李从安 (1990-) ,男,安徽六安人,硕士,主要从事岩土离心模拟与土工离心试验研究。 E-mail: 925859419@qq.com 通讯作者:李波 (1982-) ,男,山东泰安人,博士,主要从事岩土工程和离心模型试验技术研究。 E-mail: 710823735@126.com 学资金项目 (2016GY19) — 286 — 新建隧洞下穿既有隧道离心模型试验研究 李从安 李 波 王志鹏 龚壁卫 伴随着计算机技术及试验手段的提高,对隧道*接施工的研究工作也不断深入,数值模型虽然 可以反应原型的整体概况,但仍需通过物理模型加以验证,借助传统的 1 g 缩尺模型又难以真实的反 应原型的应力场,而采用离心模型试验技术对其进行相关研究则显得十分必要。 2 2.1 模型设计和试验模拟方法 工程概况 某市地下输水隧洞 (主隧洞) 下穿既有 3 条地铁 (1 号线、 9 号线、 11 号线) ,主隧洞全 长 4.16 km , 内 径 6.5 m , 外 径 7.2m , 埋 深 在 30~36m 。 主 隧 纵 断 面 高 程 主 要 是 主 体 排 水 需 求 和 现 状 地 为 -39.6 m ,坡度为 0.001 ,曲线不设竖曲线。 铁线路,与本工程相交地铁线路主要有地铁 1 号线、地铁 9 号线、地铁 11 号线等,均为在建及运营铁 路 。 考 虑 主 线 实 际 情 况 和 地 铁 影 响 等 因 素 , 确 定 拟 建 工 程 地 点 底 高 程 为 -35.45 m , 终 点 底 高 程 风化与弱风化岩层之上,既有 3 条地铁线路位于强风化和全风化岩土中,全风化岩层上为人工填土, 3 条隧道 (1 号线、 11 号线、 9 号线) 底部埋深分别为 20.4 、 29.7 和 14.6 m ,下

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