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盾构近接隧道施工力学行为分析 |
摘 要：在地下工程近接施工中，新建结构物的施工会改变既有结构物的受力状态，从而对既有结构物产生各种不利影响。由于新建结构物的受力模式不同于半无限体或无限体中修建单一洞室的一般状况，其初始应力场往往经过多次扰动，施工时将再次进行扰动，表现出极大的变异性。通过三维仿真计算，模拟了盾构机上作用 3 种不同推进力时对既有运营隧道变形和主应力的影响，以对是否加固既有运营地铁隧道给出建议，同时对最大推进力作用下随着盾构隧道的开挖对既有地铁隧道轨底倾斜度的影响进行了分析。分析计算得出的结论对于盾构隧道设计和施工有一定指导意义。
关 键 词：盾构掘进；交叉隧道；非线性有限元分析；力学行为分析
1 引 言
随着我国地铁建设的迅速发展，地铁网络不断完善，城市地下空间开发利用的规模也在不断扩大，然而，这也使得新建盾构隧道近距离穿越既有地铁隧道及其他各种地下建筑物的现象愈加普遍。如何控制盾构隧道近距离穿越地下建筑物所引起的地层位移，以确保既有地下结构设施的正常使用和新建盾构的顺利掘进，对于我国城市地铁建设和地下空间开发利用具有重要的指导作用。
在地下工程近接施工中，新建结构物的施工会改变既有结构物的受力状态，从而对既有结构物产生不利影响。新建地下结构的受力模式也不同于半无限体或无限体中修建单一洞室的一般状况，其初始应力场往往是经过多次扰动，施工将引起再次扰动，其受力往往是非对称的，表现出极大的变异性。概括地讲，新建结构物的施工会使围岩从原来的 3次应力场演变到 5 次应力场。正是这种应力场的演变导致了既有结构和新建结构的受力变异，造成既有结构的安全性和新建工程施工的复杂性问题，这是不可回避和必须加以解决的问题，因此研究其复杂的受力机理和相应对策已成为当务之急。国内外对盾构隧道以及其近接和交叠等施工力学行为的研究也方兴未艾，进行了诸多研究[1-7]。
本文基于地下工程开挖的力学行为原理和在有限元数值模拟的基础上，对隧道开挖采用“生死单元”进行模拟，并提出采用重叠单元的方法模拟盾构的推进过程。利用盾构施工引起的地层损失机理，针对北京地铁 10 号线新建盾构隧道垂直交叉穿过既有 1 号线运营地铁隧道的工程实例进行三维仿真分析。根据数值计算结果。研究了近接盾构隧道施工力学行为，对新建盾构隧道的施工控制以及既有结构的加固措施等提出了有益的建议，并研究了最大推进力作用下随着盾构隧道的开挖对既有地铁隧道轨底倾斜度的影响问题，通过模拟盾构机上作用三种不同的推进力，研究了推进力对既有运营隧道变形和主应力的影响，得出的结论对于盾构隧道的设计和施工有一定的指导意义。 |
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