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随着我国城市轨道交通的大力发展和地下空间的持续开发利用,越来越多的埋地管道受到隧道开挖扰动的影响。因此,隧道开挖影响下埋地管道的安全正常运营成为地铁工程中亟待解决的难题。为了保证地铁施工能够在管线正常使用的前提下安全有序地进行,迫切需要研究隧道开挖对邻近管线的影响和控制问题。本文以合肥地铁2号线浅埋暗挖隧道工程为背景,综合运用理论分析、数值模拟及现场实测等研究方法,对隧道开挖影响下的管-土相互作用特征及埋地管道的影响与控制问题进行了系统研究,取得如下研究成果:
(1)分析了管隧垂直条件下的管-土相互作用特征。埋地管线及管周土体变形过程可以分为管-土协同变形和管-土非协同变形两个阶段,并将隧道开挖过程中埋地管道的变形区域分为不受影响区、沉降影响区边缘、沉降影响区中部三个区域。此外,管线的存在会对周围地层的位移场和应力场产生影响,使得管线顶、底部土体的竖向变形和竖向应力的变化趋势迥异。
(2)对比分析了不同管线接头类型、不同管隧相对位置条件下的管-土相互作用特征。刚性接头和柔性接头管线的竖向变形和轴向应力分布规律基本一致,柔性接头管线的沉降要比刚性接头管线稍大,而轴向应力值则较刚性接头管线小很多。管隧平行和管隧垂直条件下的管线受力变形特征差异较大,管隧平行情况的管线沉降量和轴向应力值均小于管隧垂直情况。
(3)总结了合肥地区地层条件及地下管线情况,得到管材、管径、管线所在地层、管隧间距以及隧道结构尺寸和开挖工法是对管线受力变形影响最为显著的主要因素。且以下四种可能出现的典型工况及其组合,应引起格外重视:管径小于800mm的PVC管和混凝土管和管径小于600mm的钢管和铸铁管,管隧垂直间距在2m以内且管隧水平间距在1.5倍隧道跨度内的管线,隧道跨度大于8m但未采用六部CRD法开挖的邻近管线,以及处于①1、②3地层中的管线。
(4)对比分析了采取超前大管棚和小导管联合支护,采取管隧间注浆加固,采取更加精细的开挖工法,采取减小隧道开挖进尺,这四种控制措施在合肥地区的适用效果,得出对隧道或管线周围土体进行加固对管线变形控制效果最好,且建议当管线的四类影响因素中有多于等于三个因素处于危险状态时,根据实际情况选取任两种控制技术结合以保证管线的安全。
(1)分析了管隧垂直条件下的管-土相互作用特征。埋地管线及管周土体变形过程可以分为管-土协同变形和管-土非协同变形两个阶段,并将隧道开挖过程中埋地管道的变形区域分为不受影响区、沉降影响区边缘、沉降影响区中部三个区域。此外,管线的存在会对周围地层的位移场和应力场产生影响,使得管线顶、底部土体的竖向变形和竖向应力的变化趋势迥异。
(2)对比分析了不同管线接头类型、不同管隧相对位置条件下的管-土相互作用特征。刚性接头和柔性接头管线的竖向变形和轴向应力分布规律基本一致,柔性接头管线的沉降要比刚性接头管线稍大,而轴向应力值则较刚性接头管线小很多。管隧平行和管隧垂直条件下的管线受力变形特征差异较大,管隧平行情况的管线沉降量和轴向应力值均小于管隧垂直情况。
(3)总结了合肥地区地层条件及地下管线情况,得到管材、管径、管线所在地层、管隧间距以及隧道结构尺寸和开挖工法是对管线受力变形影响最为显著的主要因素。且以下四种可能出现的典型工况及其组合,应引起格外重视:管径小于800mm的PVC管和混凝土管和管径小于600mm的钢管和铸铁管,管隧垂直间距在2m以内且管隧水平间距在1.5倍隧道跨度内的管线,隧道跨度大于8m但未采用六部CRD法开挖的邻近管线,以及处于①1、②3地层中的管线。
(4)对比分析了采取超前大管棚和小导管联合支护,采取管隧间注浆加固,采取更加精细的开挖工法,采取减小隧道开挖进尺,这四种控制措施在合肥地区的适用效果,得出对隧道或管线周围土体进行加固对管线变形控制效果最好,且建议当管线的四类影响因素中有多于等于三个因素处于危险状态时,根据实际情况选取任两种控制技术结合以保证管线的安全。