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魏 超等：盾构隧道周围地下管线的力学模型研究 · 冻土与地基基础 · DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2016．03．035 盾构隧道周围地下管线的力学模型研究 魏 超 ， 徐鹏举 ， 马程昊 (1．中建交通建设集 团有限公司。 北京 100000；2．哈尔滨工业大学土木工程学院。 哈尔滨 150090) 摘【 要】 利用解析方法研究盾构隧道施工周围地下管线的力学行为需要建立在该施工条件下土一地下管 线相互作用的力学模型来合理的描述在盾构过程中地下管线的行为变化。本文首先建立了地层沉降引起的管线 附加应力的计算方法，继而通过地表沉降变形实测结果分别建立了管隧垂直工况和管隧平行工况下地表的沉降 曲线。基于Winkler地基梁基本理论，分别建立了两种工况条件下的盾构隧道周围地下管线的力学模型。 【关键词】 盾构隧道；地表沉降；Winkler地基梁；力学模型 【中图分类号】TU753．7 【文献标识码】B 【文章编号】 1001—6864(2016)03—0093—02 土与地下管道 的相互作用过程在盾构隧道施工 原地表 过程中普遍存在，为保证施工过程 中管线的安全运 营 ，对于某些近接施工隧道的重要管线需进行特别的 预测设计与施工防护 。目前针对此问题的预测方 法主要存在三类：模型试验方法，数值模拟方法和解 析方法。模型试验方法 由于试验设计及模型制作过 图1 地层沉降引起管道附加应力示意图 程复杂，试验造价高等缺点应用并不广泛。数值模拟 方法需要合理建立管土界面力学模型，同时计算过程 间产生了对管线无支撑作用，据此假设管线的附加应 复杂，在设计计算时应用不便。解析方法需要建立在 力均由管线上部土层沉降变形产生的。如图1所示，在 该施工条件下土 一地下管线相互作用的力学模型来 点处地表的沉降变形量为s()，相应的该处的管线 况 况 合理的描述盾构过程 中地下管线 的力学行为变化。 降 降 的沉降变形量为W()，取 点处长度为 的管土系统 前 后 由于管道与周围土体之间相互作用理论较为复杂，目 微段，则该微段上部土层的沉降变形量为地表沉降量 前的研究中主要采用经验或半经验的方法，同时在进 ]=====]l 与管线沉降量之差 ，即为： 行力学模型构建时需对土体和管道的力学特性进行 Ah()=s()一埘() (1) 必要的简化，进而形成系统的力学模型 。 式中，Ah()为X点处管道上部土层的压缩变形 在已有研究成果基础上 ，本文系统地分析盾构隧 量。因此作用于管道上的土层沉降附加应力为： 道施工过程中由于地层沉降变形引起的地下管线附 p()=KAh()=K【s()一W()】 (2) 加应力简化计算方法及在管隧垂直工况和管隧平行