多线叠交盾构施工及列车荷载作用下既有隧道的变形控制研究

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1、中图分类号；Ｕ４巧单位代号：１０２８（？巧级１２８２０２６４；公开学号：上洛大聲§博±学位论义ＳＨＡＮＧＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ多线査交盾构施工及列车荷载ｗＩ適作用下既有隧道的变形控制研究。国国家自然科学基金资助项目（４１１７２２３８）＇）？，、－广ｔ尤．■一＇．，：作者李磊学科专业结构工程导师张孟喜完成日期２０１５年６月上海大学本论文缉答辩委员会全体委员审查，确认符合上海大学

2、博ｄｒ学位论文质量要求。答辩委员会签名主任；委员；如＾細§水亭也却。导师：答辩日期：２０／及入ｆｌｆ原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中時别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人Ｂ发表或撰写过的研究成果一工作的其他同志对本研巧所做的。参与同任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名．；杳磊．曰期：跳１、次本论义使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，艮Ｐ：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被

3、查阅和借阅；学校可臥公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名；导师签名：日期：Ｚ〇Ｋ．方巧啤多＾参上海大学工学博士学位论文多线叠交盾构施工及列车荷载作用下既有隧道的变形控制研究姓名：李磊导师：张孟喜教授学科专业：结构工程上海大学土木工程系2015年6月ADissertationSubmittedtoShanghaiUniversityfortheDegreeofPh.D.inEngineeringDeformationControlofExistingTunnelsunderMulti-li

4、neOverlappedShieldTunnelingandMovingTrainLoadsPh.D.Candidate：LeiLiSupervisor：MengxiZhangMajor：StructuralEngineeringDept.ofCivilEngineering,ShanghaiUniversityJune,2015上海大学博士学位论文摘要摘要近几年，我国掀起了城市地铁盾构隧道建设的热潮，新建隧道盾构从上方或下方穿越既有隧道的工程状况越来越普遍。但是，新建隧道上下穿越既有隧道，在地下空间形成多层次多隧道相互叠交的复杂

5、形式尚不多见，相关理论研究也落后于工程实践。随着城市地铁网络的逐渐完善，多线叠交隧道的出现在所难免。为此，本文以上海地区新建11号线隧道盾构先下后上近距离穿越既有4号线平行隧道形成三层隧道四线叠交的特殊工况为背景，采用室内模型试验、数值模拟与现场监测相结合的方法，研究了新建隧道盾构施工和列车荷载作用下既有隧道的变形控制问题。论文的主要研究工作如下：（1）确定“土体-盾构施工-列车荷载”系统的参量，基于量纲分析法推导了系统的相似准则。进行常规重力场下盾构施工的排液法模型试验，模拟了土体开挖卸荷、地层损失和同步注浆的前移过程，研究地层

6、损失和同步注浆对纵向、横向地表变形的影响，揭示新建隧道周围土颗粒的运动规律。（2）建立新建11号线上下近距离穿越既有4号线盾构施工的三维有限元模型，利用单元“生”“死”、改变单元属性和施加面力等方法实现土体开挖、支护压力施加、注浆压力施加、管片拼装和浆液逐步硬化等动态施工过程的精细化模拟，考虑既有隧道周围土压力的分布规律，结合既有隧道竖向位移的现场监测数据，研究新建隧道盾构下穿施工时土仓压力和注浆压力以及上穿施工时压重范围和压重量对既有隧道变形的影响。（3）通过地铁列车移动轮载法、人工激振力函数法和列车荷载数定分析法3种方法计算上

7、海地铁列车荷载时程，考虑管片-土体及管片间的接触特性和纵向螺栓的连接作用，建立道床-衬砌-土体系统三维动力有限元计算模型，采用Newmarkβ法求解隐式积分方程，利用荷载子程序DLOAD实现列车荷载的移动施加，分析比较了3种计算方法所得地铁列车荷载作用下道床单元和土体单元动应力以及道床点竖向位移和加速度响应的差异，为模型试验中列车荷载的确定提供依据。I上海大学博士学位论文摘要（4）提出一种模拟地铁列车移动轮载的室内模型试验方法，负有铁块的列车车辆模型通过电机牵引着在盾构隧道内移动，隧道结构包括衬砌管片环、整体道床、钢轨和轨枕模型，

8、以研究不同地铁列车移动轮载大小、列车速度以及隧道埋深直径比情况下，既有隧道衬砌结构的变形和加速度响应规律。（5）以新建隧道上下夹穿单根既有隧道为背景，交替进行新建隧道排液和既有隧道内的移动轮载试验，对比分析“先下后上”和“先上后下”2种穿越顺序盾构