本文關鍵詞：隧道下穿既有地鐵結構受力特征及變形規(guī)律分析

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【摘要】：隨著城市軌道交通的快速發(fā)展,穿越施工越來越多。新建隧道下穿既有隧道時,會導致不同程度的地層擾動,進而使得既有隧道結構以及軌道結構產(chǎn)生不同程度的受力變形,過大的變形將影響地鐵列車的安全運營。本文采用有限元方法,選擇新建隧道土層不同沉降量、新建隧道及既有隧道不同埋深、不同土層參數(shù)以及新建雙線隧道不同間距的情況,分別對新建隧道下穿既有地鐵隧道結構的受力特征和變形規(guī)律進行了研究,得到以下主要研究成果：1)通過新建隧道施工中不同拱頂沉降量對既有隧道結構受力和變形的影響分析,建立了既有隧道及軌道最大沉降值、影響范圍、反彎點距離、傾斜率、軌道靜態(tài)幾何不平順偏差值等特征值與新建隧道拱頂沉降之間的函數(shù)關系。研究表明,新建隧道拱頂沉降增大,既有軌道以及地表沉降均隨之增大。新建隧道拱頂沉降53mm時,既有軌道豎向沉降為13mm,軌道靜態(tài)前后高低偏差值和方向偏差值分別為2.5 mm/10m、1.1mm/10m,軌道縱向拉應力最大為9.5MPa,最大壓應力為5.4MPa,與軌道基本應力疊加后,最大值為325.2MPa,滿足既有軌道強度和安全運營要求；既有隧道管片縱向壓應力較小,最大拉應力為1.82MPa,滿足隧道結構強度要求。經(jīng)過綜合分析,建議既有軌道豎向沉降不超過13mm,軌道扣件可調(diào)量作為安全儲備。2)在既有隧道與新建隧道間距小于一倍洞徑(6m)情況下,不論是既有隧道埋深增加,還是新建隧道埋深增加,其軌道靜態(tài)前后高低偏差值均增大,無碴軌道靜態(tài)方向偏差值均減小。既有隧道埋深增加3m,軌道縱向拉應力最大漲幅2MPa左右,既有管片縱向最大拉應力增長0.5MPa左右。新建隧道埋深增加3m,既有管片縱向壓應力增長0.8MPa,縱向拉應力最大值增大0.5MPa左右,軌道縱向附加應力影響不大。既有隧道所在土層彈性模量越小,則既有隧道的豎向沉降越大,而水平向變形影響不大。3)當新建雙線隧道間距為0.5倍洞徑時,右線隧道的開挖對先行開挖的左線隧道所造成的擾動影響有較大的疊加效應,雙線隧道貫通后,土層及結構沉降槽寬度增加。隨著雙線隧道間距增大,疊加效應減小,沉降槽寬度增大,豎向沉降減小。雙線隧道間距增加到4倍洞徑時,新建隧道與既有隧道之間的夾層土的沉降槽存在雙波谷現(xiàn)象,而軌道豎向沉降在雙線隧道中軸線兩側(cè)各15m范圍內(nèi)為一段平緩的沉降曲線。通過計算分析論證了既有隧道結構和軌道變形、反彎點距離、影響半徑、傾斜率、距離與雙線隧道間距之間存在線性關系。4)雙線隧道間距減小,其無碴軌道靜態(tài)前后高低偏差值以及無碴軌道靜態(tài)方向偏差值均增大。在0.5倍洞徑間距時,軌道豎向最大沉降14.9mm,軌道靜態(tài)前后高低偏差值以及方向偏差值分別為2.6mm/10m和2.4mm/10m,小于其容許偏差管理值4mm/10m。通過對既有隧道管片結構、道床、軌道及夾層土受力分析,考慮隧道施工疊加效應對道床的不利影響,建議新建雙線隧道間距大于1倍洞徑,既有軌道沉降不大于14.6mm,能夠保證既有地鐵管片結構和軌道結構滿足地鐵安全運營要求,軌道扣件可調(diào)量作為安全儲備。
【關鍵詞】：穿越施工 軌道變形 結構力學特征 隧道埋深 隧道間距
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U451
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 選題背景及意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-22
• 1.2.1 隧道施工地表變形分析研究12-14
• 1.2.2 地鐵穿越既有隧道受力和變形分析研究14-16
• 1.2.3 地鐵軌道結構形式及位移控制值16-21
• 1.2.4 下穿既有地鐵隧道變形控制措施21-22
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容22-24
• 2 有限元方法概述24-30
• 2.1 幾何變形方程及位移模式24-25
• 2.2 空間彈性問題25-26
• 2.3 空間彈塑性問題26-28
• 2.4 小結28-30
• 3 新建隧道拱頂沉降對既有管片和軌道的受力變形影響30-58
• 3.1 模型建立30-32
• 3.2 土層及結構物理力學參數(shù)32
• 3.3 既有地鐵隧道及軌道變形規(guī)律分析32-45
• 3.3.1 既有隧道及軌道沉降變形分析32-40
• 3.3.2 拱頂沉降對既有地鐵隧道及軌道變形的影響40-45
• 3.4 既有地鐵隧道及軌道受力規(guī)律分析45-53
• 3.4.1 既有隧道及軌道受力分析45-50
• 3.4.2 拱頂沉降對既有地鐵隧道及軌道受力的影響50-53
• 3.5 小結53-58
• 4 隧道埋深對既有隧道管片及軌道的受力變形影響58-76
• 4.1 模型建立58-59
• 4.2 隧道埋深對既有地鐵隧道及軌道變形影響規(guī)律分析59-69
• 4.3 隧道埋深對既有地鐵隧道及軌道受力影響規(guī)律分析69-74
• 4.4 小結74-76
• 5 不同圍巖條件對既有管片及軌道的受力變形影響76-86
• 5.1 模型建立76-77
• 5.2 土層彈性模量對既有地鐵隧道及軌道變形影響規(guī)律分析77-82
• 5.3 土層彈模對既有地鐵隧道及軌道受力影響規(guī)律分析82-84
• 5.4 小結84-86
• 6 雙線平行隧道間距對既有管片和軌道的受力變形影響86-104
• 6.1 模型建立86-87
• 6.2 雙線隧道間距對既有地鐵隧道及軌道變形影響規(guī)律分析87-94
• 6.3 雙線隧道間距對既有地鐵隧道及軌道受力影響規(guī)律分析94-99
• 6.4 小結99-104
• 7 結論及展望104-110
• 7.1 主要研究結論104-108
• 7.2 展望108-110
• 參考文獻110-114
• 作者簡歷及攻讀碩士學位期間取得的研究成果114-118
• 學位論文數(shù)據(jù)集118

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