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越江隧道保护区内新建平行隧道对既有隧道的影响机理及控制技术研究

张顶锋  
【摘要】:随着城市越江隧道工程的规划和建设,在市区各种不同类型的地面建筑物、地下构筑物、桩基、桥基及地下管线等错综复杂地密集分布的客观情况下,往往由于受既有建筑物、施工技术或地质条件等因素的限制,需要同时开挖两孔或以上的相邻隧道,或是在既有隧道相邻处平行修建新隧道。如果两条隧道净间距过小,新建隧道施工会对既有隧道产生比较大的影响。因此,有必要针对并行新建隧道对既有越江隧道影响进行深入研究。这将为解决并行隧道的设计和施工问题,保证工程的安全性和提高其经济性,以及相关规范和标准的建立提供很好的技术支持和理论依据。 本文采用理论分析和数值分析的研究手段,并结合上海饱和软土地层中越江隧道大直径、超浅埋的特点,对其并行双孔隧道开挖产生的洞室变形特征,洞周土体位移和动态施工过程对既有洞室的影响进行详细的研究。得到主要的研究成果与结论如下: 1、应用数学和力学方法,建立了新建隧道施工对越江隧道影响的相互作用理论,推导得出了浅埋新建盾构隧道施工过程对既有隧道变形影响的解析解。并应用Matlab数学工具,编制计算程序,获得了新建盾构隧道施工对既有隧道影响的洞室变形及地表沉降规律。其次,通过隧道衬砌允许裂缝宽度反演计算出了隧道的极限变形。进一步通过将洞室变形与极限变形相比较,得到了采用理论分析手段划分出的近距离隧道影响范围。 2、建立了既有越江隧道结构、新建盾构隧道与周围土体相互作用模型,应用有限差分数值方法,分析得出了盾构施工过程和工程规模等条件下盾构施工引起的土体应力场和位移场的变化过程,以及盾构隧道弯矩,轴力和变形的变化规律。 3、结合上海人民路越江隧道工程,考虑动态施工不同阶段的影响,分析了后建隧道施工时先建隧道内力和变形的现场监测结果;并进行了现场实测结果与理论解析、数值计算结果的对比分析,验证了理论解析和数值分析的合理性。 4、从既有隧道、中间土层和新建隧道三个影响因素着手,分析得到了不同影响范围内的施工控制技术和措施。


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