盾构隧道施工对既有地下管线的影响研究

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地铁隧道施工不可避免会对着周围环境产生一定影响,特别是当周围存在地下管线时,时常导致安全事故的发生。管线作为民生工程,一旦发生毁坏不仅会造成巨大经济损失,而且还产生严重的社会影响,因此研究地铁隧道施工引起的管线变形规律及其原位防护技术具有重要的现实意义和深远的理论意义。本文在总结国内外研究分析城市开挖工程对周围土层以及地下管线影响的基础上,运用FLAC3D数值仿真软件建立了管线-土体-隧道相互作用的三维模型,考虑了管线材质、直径、下卧层土体性质以及管线埋深、埋距等因素,具体研究了地铁隧道开挖工程对平行和正交地下管线的位移以及内力分布影响。此外,以天津某地铁区间工程为背景,结合现场监测数据,分析了特定条件下隧道开挖对既有地下管线的影响。主要取得如下结论:(1)隧道开挖对临近地下管线位移影响明显。水平管线竖向位移沿轴向不断增大,在管线远端达到最大,水平位移可以忽略不计;正交管线竖向位移曲线规律与地表沉降曲线类似,在管线中心处达到最大沉降,水平位移在管线两端向隧道掘进方向移动,靠近隧道向掘进反方向移动,在隧道处达到最大。(2)隧道开挖对管线内力影响明显,管线纵向弯矩沿轴线基本呈对称分布。平行管线前1/2段挠曲变形明显,正交管线两端挠曲变形较大,中间挠曲变形较小。管线上下发生向内翘曲变形,左右发生向外翘曲变形。从数值结果可以看出,平行管线变形以翘曲性状为主,正交管线变形以挠曲性状为主。从轴向力可以看出平行管线处于受压状态,正交管线在隧道直径范围外受压,在隧道直径范围内受拉。(3)材质不同管线在隧道开挖后的位移大致相同,刚度越大的管线抵抗土体变形的能力越强,则其产生的附加应力与弯矩较大。不同直径对管线位移影响不大,管线内力随直径的增大而增大。(4)管线竖向位移和水平位移随着土体弹性模量、粘聚力、内摩擦角的增大而减小,平行管线纵向弯矩随着土体弹性模量的增大而减小,随着土体粘聚力和内摩擦角的增大而增大;正交管线纵向弯矩与中间拉力随着土体弹性模量、粘聚力和内摩擦角的增大而减小,环向弯矩受土质变化影响较小。(5)管线竖向位移随着埋深的增大而增大,随着距隧道水平距离的增大而减小,远离隧道管线水平位移变化明显。离隧道较近,管线内力呈现随隧道开挖的波动变化,管线纵向弯矩、环向弯矩和轴力增大,距隧道水平距离不同,管线翘曲变形发生向隧道侧的旋转。
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