本文關(guān)鍵詞：隧道下穿既有地鐵結(jié)構(gòu)受力特征及變形規(guī)律分析

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【摘要】：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(duì)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降量對(duì)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(duì)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),軌道豎向最大沉降14.9mm,軌道靜態(tài)前后高低偏差值以及方向偏差值分別為2.6mm/10m和2.4mm/10m,小于其容許偏差管理值4mm/10m。通過對(duì)既有隧道管片結(jié)構(gòu)、道床、軌道及夾層土受力分析,考慮隧道施工疊加效應(yīng)對(duì)道床的不利影響,建議新建雙線隧道間距大于1倍洞徑,既有軌道沉降不大于14.6mm,能夠保證既有地鐵管片結(jié)構(gòu)和軌道結(jié)構(gòu)滿足地鐵安全運(yùn)營要求,軌道扣件可調(diào)量作為安全儲(chǔ)備。
【關(guān)鍵詞】：穿越施工 軌道變形 結(jié)構(gòu)力學(xué)特征 隧道埋深 隧道間距
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U451
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 選題背景及意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-22
• 1.2.1 隧道施工地表變形分析研究12-14
• 1.2.2 地鐵穿越既有隧道受力和變形分析研究14-16
• 1.2.3 地鐵軌道結(jié)構(gòu)形式及位移控制值16-21
• 1.2.4 下穿既有地鐵隧道變形控制措施21-22
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容22-24
• 2 有限元方法概述24-30
• 2.1 幾何變形方程及位移模式24-25
• 2.2 空間彈性問題25-26
• 2.3 空間彈塑性問題26-28
• 2.4 小結(jié)28-30
• 3 新建隧道拱頂沉降對(duì)既有管片和軌道的受力變形影響30-58
• 3.1 模型建立30-32
• 3.2 土層及結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)32
• 3.3 既有地鐵隧道及軌道變形規(guī)律分析32-45
• 3.3.1 既有隧道及軌道沉降變形分析32-40
• 3.3.2 拱頂沉降對(duì)既有地鐵隧道及軌道變形的影響40-45
• 3.4 既有地鐵隧道及軌道受力規(guī)律分析45-53
• 3.4.1 既有隧道及軌道受力分析45-50
• 3.4.2 拱頂沉降對(duì)既有地鐵隧道及軌道受力的影響50-53
• 3.5 小結(jié)53-58
• 4 隧道埋深對(duì)既有隧道管片及軌道的受力變形影響58-76
• 4.1 模型建立58-59
• 4.2 隧道埋深對(duì)既有地鐵隧道及軌道變形影響規(guī)律分析59-69
• 4.3 隧道埋深對(duì)既有地鐵隧道及軌道受力影響規(guī)律分析69-74
• 4.4 小結(jié)74-76
• 5 不同圍巖條件對(duì)既有管片及軌道的受力變形影響76-86
• 5.1 模型建立76-77
• 5.2 土層彈性模量對(duì)既有地鐵隧道及軌道變形影響規(guī)律分析77-82
• 5.3 土層彈模對(duì)既有地鐵隧道及軌道受力影響規(guī)律分析82-84
• 5.4 小結(jié)84-86
• 6 雙線平行隧道間距對(duì)既有管片和軌道的受力變形影響86-104
• 6.1 模型建立86-87
• 6.2 雙線隧道間距對(duì)既有地鐵隧道及軌道變形影響規(guī)律分析87-94
• 6.3 雙線隧道間距對(duì)既有地鐵隧道及軌道受力影響規(guī)律分析94-99
• 6.4 小結(jié)99-104
• 7 結(jié)論及展望104-110
• 7.1 主要研究結(jié)論104-108
• 7.2 展望108-110
• 參考文獻(xiàn)110-114
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果114-118
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集118

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