新建立交隧道近距离下穿既有隧道施工力学效应及稳定性研究

• 作 者: 王吉明
• 机 构: 重庆大学
• 出 处: 重庆大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 立交隧道 近距离 隧道施工 力学效应 既有隧道 新建隧道 隧道围岩稳定性 交叉式 支护结构内力 影响规律 相似材料试验 地面交通

随着当今社会经济建设的快速发展，城市化建设也日新月异，有限的城市地面空间使得地上交通设施逐渐无法满足人民顺畅出行的需求。针对逐渐拥堵的地面交通，隧道的修建成为缓解地面交通压力的有效手段。然而受到城市用地限制，大量地下隧道的修建必将对其邻近隧道的稳定性等产生影响。因此，本文以重庆某过江隧道为工程为背景，基于相似材料试验、模型试验、理论研究、数值分析等方法，对新建立交隧道近距离下穿既有隧道的施工力学效应及稳定性进行了研究，论文的主要研究工作和成果如下：
　　①结合立体交叉式隧道工程在当前地面交通趋近饱和情况下的重要性与必要性，研究了立体交叉式隧道线形设计、交叉点组成、地下立体交叉式隧道形式与特点等。并基于地下立体交叉式隧道选型影响因素及主要特征等，提出了地下立体交叉式隧道的选择原则。
　　②通过设计并开展相似材料试验和相似模型试验（隧道间距分别为0.25D，0.5D，0.75D和1D，D为隧道洞径），获得了不同间距情况下的新建立交隧道垂直下穿既有隧道施工对既有隧道围岩应力场、位移场和支护结构内力（弯矩、轴力等）的影响特征及影响规律。
　　③结合当层法与镜像法基本原理，提出了新建隧道上覆多层岩土体材料情况下的各层厚度等效转换公式，同时将既有隧道等效为一层地层，探讨了新建隧道下穿既有隧道时地表、既有隧道拱顶和拱底、新建隧道拱顶附近地层位移解析解的计算方法，并分析了该方法的适用性。
　　④基于数值模拟研究，获得了新建隧道立交（90°）和斜交（60°）下穿施工影响下既有隧道围岩的稳定性（变形、应力）及支护结构的承载特性（轴力、弯矩）的响应特征、响应规律以及演化规律，对比分析了立交和斜交两种交叉方式对立交隧道施工力学特性的影响规律。
　　⑤基于数值分析模拟研究，获得了新建隧道立交下穿施工影响下，隧道围岩级别、初期支护参数和交叉角度等因素的变化对既有隧道围岩稳定性及支护结构承载特性的影响规律。