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新建建筑物对隧道覆岩和隧道结构影响的研究

康寅  
【摘要】:城市化发展过程中,各种问题日益显现,“交通拥堵”就是其中之一,这一问题严重制约了社会的进一步发展。而城市隧道极大的缓解了日益增大的交通压力。面对紧张的城市土地资源,越来越多的建筑物不得不修建在城市隧道上方或周边区域。如何在这些地方安全、有效地修建建筑物成为目前急需解决的问题。 隧道开挖扰动周围岩土体,使上覆岩土体产生裂缝、离层,进而导致地表发生沉降。隧道施工结束后,虽然经过长时间的自然压密,但隧道施工引起的离层、裂隙欠压密及孔隙充水等现象仍长期存在。在建筑物荷载作用下,就有可能使原本处于相对平衡状态的岩土体重新“活化”,最终造成新建建筑物沉降、局部开裂、倾斜甚至倒塌;同时也使隧道支护结构承受更大的附加应力。 青岛地铁3号线某区间隧道正下穿过一7层住宅楼,由于地铁施工过程中爆破振动和断面开挖对其地基产生较大扰动,再加上该住宅楼年久失修,隧道施工结束后,此建筑物最终因损伤严重不能继续安全使用。假设该建筑物拆除重建,在其原址上新建一栋小高层。本文以此为工程背景,研究新建建筑物荷载对隧道覆岩和隧道结构的影响,为地铁沿线地面工程建设设计提供指导。本文主要从以下几个方面进行研究: (1)针对本文研究的课题,阐述了研究新建建筑物对既有隧道覆岩及隧道结构影响的背景和意义,总结了当前国内外研究现状; (2)概述隧道开挖引起的覆岩移动变形特征,阐明地表变形对地面建筑物的影响; (3)分析隧道覆岩的“活化”机理,以《岩土工程手册》中小窑采空区稳定性评价公式为基础,根据采空区与隧道的异同,对该公式进行优化,最终得到适合判断隧道覆岩稳定性的公式,通过计算,判断本文研究的隧道覆岩是否稳定; (4)利用有限元软件ANSYS,模拟同一建筑物与隧道三种位置关系情况下(建筑物长轴与隧道轴线垂直、成45o、平行),隧道覆岩“活化”情况和建筑物荷载对隧道结构的影响; (5)通过对比、分析三种工况的模拟结果,得出建筑物与隧道不同位置关系时,建筑物荷载对隧道覆岩和隧道结构的影响规律,在此基础上,提出科学、有效的建议,为类似工程提供一定的参考和借鉴。


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