两孔平行隧道近接施工力学与地表沉降分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1问题的提出1．1．1工程背景及定义随着我国经济建设的蓬勃发展，对基础设施，尤其是交通设施建设的需求在不断增加，而铁路、公路等陆路交通更是首当其冲。路网的完善和改造，提速及高速路网的发展等都带来了大量在既有线旁修建新线、一次性建成复线、新建铁路与公路并行等工程现象，这势必造成新建结构物邻近既有结构物施工。由于像隧道这类地下工程或岩土工程对开挖比较敏感，易受扰动，当新旧结构物比较接近时，如果不采取专门对策，则新建侧的施工将会对既有侧产生不利影响，如结构物承载能力下降、甚至破坏，

2、变形过大以至于侵入净空，不均匀沉降造成周边建筑物破损或不能正常使用等。与此同时，城市地下铁道邻近基础、地下管网等施工，甚至有时需要进行基础托换，地下铁道旁修建房屋等时需要开挖等等【11。事实上，这类问题早已有些发生，并且也有一些处理对策，如矿山开采对地表沉陷影响的采动问题、浅埋隧道开挖稳定及对地表沉降影响问题、明挖法施工基坑围护问题等。随着建设规模的加大，这类工程越来越多且越来越复杂。由于缺乏了解和重视不够，这类问题引起的工程事故也时有发生，如某单线铁路增建二线时，新建隧道毗邻既有隧道施工，由于爆破用药量太大，造成原本有所劣

3、化的既有隧道结构加剧劣化；某公路隧道通过采空区，由于事前调查不够，设计时没有采取对策，造成施工后衬砌开裂：某城市地铁区间盾构隧道建成后，在其旁又修建楼房，当开挖基础时，由于注意不够造成管片开裂、漏水等等。因此，这类问题已成为当前地下工程施工中重要的且不可回避的问题，已经引起各国有识之士的极大关注。我们把这类新建结构物邻近既有结构物施工，并可能对既有结构物产生不利影响的工程称为近接工程，有关近接工程的施工称为近接施工。与隧道及地下工程有关的近接工程称为近接隧道及地下工程，近接隧道及地下工程的施工称为隧道及地下工程近接施工。在近

4、接工程中问题最为突出的是岩土类近接工程，而近接隧道及地下工程更是首当其冲，并且它涉及到各种工法，如矿山法、盾构法、明挖法、回填、爆破等。西南交通大学硕士研究生学位论文第2页1．1．2学术背景及意义如前所述，这类问题以前已有所发生，并也曾是一些行业长期以来的重要课题【2H9J但相比目前，以往的研究类型相对单一，研究得还不够充分和深入，对于现在出现的新型问题还无法解决，设计和施工还无规范、标准可循，对各类近接施工的力学机理还没有系统的阐述。因此，目前遇到这类似工程的处理结果是要么采取过于保守的对策，造成很大的浪费，要么采取过于冒

5、险或盲目的对策，造成安全问题。有些情况下，给予了重视，开展了研究，但多是就事论事，存在着很大的局限性。因此，广泛、深入、系统地开展地下工程近接施工的力学机理及其对策研究，已成为当务之急。毫无疑问，系统的分析和归纳总结，将会有助于于丰富和发展隧道力学理论，解决近接施工中的设计和施工问题，保证工程的安全性和提高其经济性，为地下空间资源的充分利用和地下工程的可持续发展，为相关规范和标准的建立乃至于地下空间开发利用的立法提供技术支持和理论依据。1．2国内外研究现状1．2．1关于近接施工基本力学原理的研究近接施工是指在既有结构物邻近新

6、建结构物，并可能对既有结构物产生不利影响的施工。目前随动力学的经典理论主要基于半无限体或无限体中单一洞室的力学行为，如单洞围岩应力集中【10】’01]，围岩与支护相互作用等【54】，但当两个以上的洞室近距离施工时，新建结构物的受力模式已不同于半无限体或无限体中修建单一洞室的一般状况，其初始应力场往往是经过多次扰动的，其施工将再次进行扰动，概括地讲，新建隧道的施工会使围岩从原来多次演变应力场的基础上再次进行演变，正是这种应力的演变导致了既有隧道和新建隧道的受力变异，造成既有侧的安全性、新建侧的复杂性，以及同时修建时的互相影响带

7、来的工法、工序和对策优化等问题。地下结构物开挖前，地层中存在初始应力场。开挖后。地层中的应力状态将随之发生变化，形成二次应力场，二次应力场可以分为弹性和弹塑性两种情况分析。如果形成的是弹性应力状态，隧道开挖不同范围内的影响将不同。离隧道西南交通大学硕士研究生学位论文第3页开挖周围较近处，应力集中度高，离隧道开挖周围较远处，应力集中度低，这里存在一个影响范围的问题。从这里可以看出，两隧道近接施工时，隧道中心间距越小时，隧道周边的应力就越大，隧道周围应力重分布恶化的情况将突出。如果形成的是弹塑性应力状态，那么在隧道开挖后形成塑性

8、区的二次应力状态中存在较大差异，这个差异范围可以通过数值计算的方法获得。与弹性二次应力状态相比，形成塑性区的二次应力状态的影响范围要增加一个塑性区的范围，因此，其影响范围要比弹性状况的大。隧道开挖后，在施加支护后，地层中的应力状态会随之改变，形成三次应力状态。在弹性状态下，由于支护阻力的存