隧道下穿既有地鐵結(jié)構(gòu)受力特征及變形規(guī)律分析.pdf

1、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(dǎo)致不同程度的地層擾動，進(jìn)而使得既有隧道結(jié)構(gòu)以及軌道結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的受力特征和變形規(guī)律進(jìn)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

2、降量對既有隧道結(jié)構(gòu)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(guān)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(yīng)力最大為9.5MPa，最大壓應(yīng)力為5.4MPa，與軌道基本

3、應(yīng)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(yīng)力較小，最大拉應(yīng)力為1.82MPa，滿足隧道結(jié)構(gòu)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(yīng)力最

4、大漲幅2MPa左右，既有管片縱向最大拉應(yīng)力增長0.5MPa左右。新建隧道埋深增加3m，既有管片縱向壓應(yīng)力增長0.8MPa，縱向拉應(yīng)力最大值增大0.5MPa左右，軌道縱向附加應(yīng)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(dāng)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(yīng)，雙線隧道貫通后，土層及結(jié)構(gòu)沉降槽寬度增加。隨著雙線隧道間

5、距增大，疊加效應(yīng)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(jié)構(gòu)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(guān)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