箱形地下结构荷载对附近浅埋隧道开挖影响数值的分析.pdf

致谢 本论文的工作是在我的导师项彦勇教授的悉心指导下完成的，项彦勇教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 项彦勇老师对我的关心和教诲，并祝愿项老师身体健康、工作顺利。 项彦勇教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向项彦勇老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期间，师兄路威、冯L“群、安建永等对我论文中的 数值模拟计算研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。同时感 谢李玉路、周安国和刘卫等同窗对我的帮助及对论文研究内容的有益探讨，也感 谢硕1104班的全体同学，感谢我的室友，十分高兴和你们度过两年的美好时光。 另外也感谢我的父母和家人，你们的理解和支持使我能够在学校专心完成我 的学业，感谢你们这么多年来对我的教诲和关爱，祝愿你们身体健康、一切顺利! 中文摘要 中文摘要 摘要：在城市环境中，由于城市空间的限制、线路选择的制约，地铁隧道往往不 得不从既有的建(构)筑物附近穿过。这就产生了两个方面的问题：一方面，隧道 开挖产生地层损失会引起地层变形和移动，使相邻的建(构)筑物产生附加内力及 变形，甚至影响其安全或『F常使用；另一方面，相邻的建(构)筑物的存在，使地 层产生附加应力和变形，这会对隧道开挖后的二次应力状态产生影响。本文采用 有限元软件MIDAS—GTS建立数值模型，从箱形地下结构荷载对隧道开挖后的洞 室周边塑性区、洞周位移及洞周切向应力三个方面的影响来分析其对隧道开挖后 的二次应力状态的影响。本文主要内容如下： 1．将既有箱基结构简化为作用于地层之中的分布荷载(箱基荷载)，在其它条 件一定时，分别计算分析箱基荷载大小、箱基埋深及箱基荷载与隧道的横向距离 大小各自对附近浅埋隧道全断面开挖(盾构法)开挖产生的洞室周边塑性区范围、 洞周位移和洞周切向应力的影响特点，并与自由地层(无箱基荷载作用)的数值计 算进行对比，分析箱基荷载对浅埋隧道全断面开挖后的二次应力状态影响的规律。 2．将既有箱基结构简化为作用于地层之中的分布荷载(箱基荷载)，在其它条 件一定时，分别计算分析箱基荷载大小、箱基埋深及箱基荷载与隧道的横向距离 大小各自对附近浅埋隧道台阶法开挖产生的洞室周边塑性区范围、洞周位移和洞 周切向应力的影响特点，并与自由地层(无箱基荷载作用)的数值计算进行对比， 分析箱基荷载对隧道开挖后的二次应力状态影响的规律。 3．结合某地铁工程(地铁隧道附近存在既有地下结构荷载)案例进行数值计 算，并与自由地层(无既有地下结构荷载)对比，分析既有地下结构荷载对隧道开 挖后的二次应力状态的影响，并指出应采取的工程措施。 4．基于计算分析，得出主要结论如下： ①对于隧道全断面丌挖(盾构法)，受箱基荷载影响一侧的洞室上部塑性区范 围减小、下部的增大；受箱基荷载影响一侧洞室向隧道内部挤入的位移增大、洞 周切向应力减小。箱基荷载越大、距隧道越近，箱基荷载对隧道开挖二次应力状 态的影响越大。 ②对于隧道台阶法开挖，在下台阶开挖后，受箱基荷载影响一侧洞室上部的 塑性区范围明显小于不受箱基荷载影响一侧洞室上部的塑性区范围，而下部正好 相反，总体上塑性区近似沿蛏轴方向呈反对称的蝴蝶状分布。受箱基荷载影响一 侧洞室向隧道内部挤入的位移增大、洞周切向应力减小。箱基荷载越大、距隧道 越近，箱基荷载对隧道开挖二次应力状态的影响越大。 ⑨通过某地铁工程案例计算分析，表明隧道开挖二次应力状态会受到地层中 北京交通火学专业硕+学位论文 既有结构荷载的影响。与自由地层相比，既有结构荷载影响的具体表现：洞周位 移增大，拱顶位移最大增幅为17．2％；总体上，洞周切向应力减小。下台阶开挖后， 隧道拱顶处切向应力减小的幅度为11．2％，拱腰处切向应力减小的幅度为4．5％。 洞周塑性区增大。下台阶开挖后，洞周塑性区范围增幅约为3．6％。 关键词：箱基荷载；隧道开挖；塑性区；洞周位移；洞周切应力。 分类号：TtJ921 ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT：Itisoftenunavoidableforme