近接施工-[兼容模式]

地下工程近接施工一般力学原理地下工程近接施工一般力学原理仇文革教授西南交通大学地下工程系第三章近接施工力学原理及对策受力特征与分类应力重分布与分区对策研究（近接问题处理方法）工程案例（深圳重叠隧道）主要内容第一节地下工程近接分类地下工程近接施工的类型千变万化，错综复杂，如何研究和解决这类问题？经过分析研究，认为近接施工最主要的问题是新建工程将会对既有工程原来的稳定性产生影响。这种影响最本质的原因是由于新建工程的施工引起围岩应力状态再次重分布，从而导致一系列的力学行为变化。这种受力特征会因工程修建的时间先后关系、空间位置关系及其施工方法的不同而不同。三大基本类型：（1）新建工程接近既有隧道施工(2)新建隧道接近既有工程（3）两条及以上隧道近距离同期施工第一节地下工程近接分类根据各类近接施工的受力特征建立力学模型，从而对其影响进行分析，其力学模型和分析方法总结于下表。第一节地下工程近接分类各类近接施工的受力特征和力学模型归结于下表。第一节地下工程近接分类在近接施工中，新建结构物的施工会改变既有结构物的受力状态，产生种种不利影响，同时新建结构物的受力模式也不同于半无限体中修建单一洞室（上讲课已讲述）的一般情况。这就造成了更为复杂的受力机理。第二节应力重分布与分区00.583（）＝02＝1（）坑道开挖后的弹性二次应力状态（上讲课内容）第二节应力重分布与分区开挖后洞室周边的应力分布第二节应力重分布与分区两隧道中心间距不同产生的应力集中系数当隧道中心间距越小时，隧道周边的应力越大，从而引起隧道周围应力重分布发生恶化。当S/D趋于1时，趋于无穷大，这意味着两零净距洞室开挖后无法稳定。两洞室邻近开挖的相互影响也是存在着一个范围的，越近影响越大，反之越小，远到一定距离，影响就消失了B坑道开挖后形成塑性的二次应力状态与分区第二节应力重分布与分区注：上讲课内容开挖后有支护的三次应力状态与分区第二节应力重分布与分区数值分析理论与分区第二节应力重分布与分区不同阶段或不同过程造成的释放率是不同的，因此其受力与变形的结果也是不同的，体现了与路径的相关性。对近接施工而言，新建侧选择不同支护及开挖顺序就意味对既有侧会产生不同的影响。第二节应力重分布与分区第二节应力重分布与分区近接影响程度分区第二节应力重分布与分区近接施工的影响不仅存在着局域性，而且在局部的范围内应力重分布是有梯度变化的，这也表明影响程度是不同的，因此提出近接施工影响分区及标准。第二节应力重分布与分区（1）对既有隧道或工程采取加强措施回填压浆，拱架加强，内衬加强，锚固加强(2）对新建隧道或工程预先采取措施改变开挖方式，改变衬砌、支护结构（3）对既有工程和新建工程之间的围岩采取加固强化、改良地层（压浆、冻结）；隔断（管棚、钢管桩）（4）把以上两种或三种方法综合运用第三节对策研究国贸老街罗大段工程环境鸟瞰图罗湖第四节案例之一—深圳重叠隧道第四节案例之一—深圳重叠隧道第四节案例之一—深圳重叠隧道◇洞型多(有单洞双层、双洞（交错）重叠和双洞平面并行三种）第三节案例之一—深圳重叠隧道◇单洞双层隧道断面高（高13.0～15.6m最宽6.8m）第三节案例之一—深圳重叠隧道◇双洞重叠隧道净距小（1.6m～10.8m）。全段隧道空间转换复杂。1.6m13.0～15.6m2号竖井第四节案例之一—深圳重叠隧道研究方法主要采用：◇调研；◇理论分析与计算；◇室内模型试验；◇现场模型试验；◇现场监测等。第四节案例之一—深圳重叠隧道分析图：一洞室埋深10m，另一洞室沿其四周分布于不同位置2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准1）数值分析判定标准：塑性区和最大主应力重分布的双重标准。计算系列：总共38组，见下表。上/下洞埋深两洞连线的水平角度两洞净距施工顺序上洞埋深10m/下洞埋深变化-90°0.5D、1.0D、1.5D、2.0D、3.0D“先上后下”“先下后上”-60°1.0D、2.5D-45°0.5D、1.0D、1.5D、2.0D-30°1.0D00.5D、1.0D、1.5D15°1.75D30°2.0D45°1.1D90°0.5D2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准1）数值分析限于篇幅，以两洞水平进行分区判定说明。单洞开挖净距0.5D净距1.0D净距1.5D0.5D时，塑性区贯通；1.0D时，强影响区和弱影响区的分界点；1.5D时，近接影响忽略不计。2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准1）数值分析限于篇幅，以两洞水平进行分区判定说明。单洞开挖净距0.5D净距1.0D净距1.5D0.5D时，应力重分布剧烈；1.0D时，近接影响较明显；1.5D时，应力重分布程度非常小。2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准1）数值分析近接影响分区标准表（L-净距，D-洞径）2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准1）数值分析工况强影响区域弱影响区域无影响区域两洞连线-90°L≤2.0D2.0DL≤3.0DL＞3.0D两洞连线-60°L≤1.75D1.75DL≤2.5DL＞2.5D两洞连线-45°L≤1.5D1.5DL≤2.0DL＞2.0D两洞连线0°L≤1.0D1.0DL≤1.5DL＞1.5D两洞连线15°L≤1.0D1.0DL≤1.75DL＞1.75D两洞连线30°L≤1.1D1.1DL≤2.0DL＞2.0D两洞连线45°L≤1.1D——近接影响分区图2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准1）数值分析近接影响分区图2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准1）数值分析2）现场测试验证隧道净距小于1.0D上洞开挖对下洞影响严重。下洞拱顶下沉曲线在上洞掌子面开挖到该断面时都有一个回升段。其原因是由上洞开挖造成下洞拱顶处应力释放，从而引起曲线回弹。回归曲线方程：y＝32.31*(1-EXP(-x*0.107))0510152025303540020406080时间（d）位移（mm）实测值回归值下洞开挖上洞开挖下洞ZSK2＋490拱顶下沉曲线及回归曲线（r2=0.88）2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准隧道净距1.0D~1.5D上洞开挖对下洞影响较小。下洞拱顶下沉曲线在上洞掌子面开挖到该断面时也存在回升段，但是不明显，属于弱影响。回归曲线方程：y＝37.71*(1-EXP(-x*0.177))051015202530354001020304050时间（d）位移（mm）实测值回归值下洞开挖上洞开挖下洞ZSK2＋542拱顶下沉曲线及回归曲线（r2=0.98）2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准2）现场测试验证回归曲线方程：y＝31.27*(1-EXP(-x*0.104))0510152025303505101520253035时间（d）位移（mm）实测值回归值隧道净距大于1.5D上洞开挖对下洞无影响。下洞拱顶下沉曲线在上洞掌子面开挖到该断面时不存在回升段。上洞开挖下洞开挖下洞ZSK2＋727拱顶下沉曲线及回归曲线（r2=0.967）现场监测结果分析表明，隧道近接分区标准符合实际情况。2浅埋暗挖法两隧道的近接度标准2）现场测试验证1）重叠隧道设计分段2）重叠隧道施工顺序3）重叠隧道工作面合理间距4）不同洞型空间转换方法主要内容：3重叠隧道的设计与施工技术1）重叠隧道设计分段研究（1）深圳重叠隧道近接度分区按照深圳地铁重叠线路隧道实际洞型分布形态，得出该工程两隧道近接影响程度判定结果3重叠隧道的设计与施工技术（1）深圳重叠隧道近接度分区与日本铁路隧道近接度分区标准相比：在下半空间范围内接近，其它范围有所差异1）重叠隧道设计分段研究3重叠隧道的设计与施工技术（2）深圳重叠隧道近接影响分段双洞重叠隧道相互影响情况分段表洞型净距大小里程两洞位置关系影响分区长度(m)双洞重叠隧道小于等于0.5DK2+382.75～K2+483下45度区强影响100.520.5D~1.0DK2+483～K2+518强影响720.5D~1.0DK2+518~K2+555上45度区强影响371.0D~1.5DK2+555～K2+610弱影响551.5D以上K2+610～K2+728.7无影响118.71）重叠隧道设计分段研究3重叠隧道的设计与施工技术（3）深圳重叠隧道分段设计参数确定◆当左线隧道位于右线隧道下45°区，且两隧道净距小于1.0D时，设计支护参数加强两级。◆当左线隧道位于右线隧道上45°区，且两隧道净距小于1.0D时，设计支护参数加强两级。◆当左线隧道位于右线隧道上45°区，且两隧道净距小于1.5D时，设计支护参数加强一级。◆当左线隧道位于右线隧道上45°区，且两隧道净距大于1.5D时，按一般单线隧道设计。1）重叠隧道设计分段研究3重叠隧道的设计与施工技术2）重叠隧道施工顺序研究分析方法：数值模拟；模型试验。施工方案：工1---“先上后下”；工2---“先下后上”。围岩条件：上下洞V级；上洞V级，下洞Ⅲ级；上下洞Ⅲ级。3重叠隧道的设计与施工技术（1）数值模拟——塑性区Ⅴ级围岩洞周围岩塑性区分布上部Ⅴ级下部Ⅲ级围岩洞周塑性区分布2）重叠隧道施工顺序研究工1工1工2工2◆上下洞皆处于V级围岩，工1的塑性区范围略大于工2；◆上洞处于V级而下洞处于Ⅲ级围岩时，工1和工2的上洞围岩塑性区相当，下洞围岩无塑性区，两洞之间围岩内塑性区不相连。3重叠隧道的设计与施工技术（1）数值模拟——塑性区工1工2Ⅲ级围岩洞周围岩塑性区分布◆上下洞皆处于Ⅲ级围岩，工1和工2隧道周边围岩都没有塑性区。2）重叠隧道施工顺序研究3重叠隧道的设计与施工技术（1）数值模拟——初期支护安全系数◆工1与工2的上下隧道初期支护最小安全系数均满足规范要求；◆地质条件相同，工2的上洞安全系数大于工1的安全系数；◆地质条件相同，工1的下洞安全系数大于工2的安全系数。2）重叠隧道施工顺序研究3重叠隧道的设计与施工技术围岩条件方案上下洞最小安全系数V级工1上洞5.32下洞5.41工2上洞7.35下洞2.42上部Ⅴ级下部Ⅲ级工1上洞10.9下洞13.64工2上洞12.03下洞11.35Ⅲ级工1上洞6.19下洞35.86工2上洞49.49下洞5.24（1）数值模拟——地表位移◆工1与工2施工引起的地表沉降最大值都能满足要求；◆Ⅴ级围岩条件下，工1引起的地表沉降略小于工2；◆“上软下硬”地层中，工1引起的地表沉降略大于工2；◆Ⅲ级围岩条件下，工1引起的地表沉降略大于工2。2）重叠隧道施工顺序研究3重叠隧道的设计与施工技术围岩条件方案地表沉降最大值(mm)位置V级工1-20.18拱顶正上方地表面工2-23.52上部Ⅴ级下部Ⅲ级工1-10.36工2-9.76Ⅲ级工1-0.60工2-0.50（2）模型试验——支护内力试验条件：V级围岩；上下重叠两种方案下先建洞隧道支护弯矩（N·m）两种方案下先建洞隧道支护轴力（N）2）重叠隧道施工顺序研究3重叠隧道的设计与施工技术（2）模型试验——支护内力两种方案隧道支护内力◆工1，下洞加固圈有效地发挥了作用，使上洞衬砌仰拱弯矩为负（即内拉外压）；工2，加固圈的作用不明显，下洞拱顶弯矩为正（即外拉内压）；◆工1，开挖下洞对上洞衬砌的影响要比工2开挖上洞对下洞衬砌的影响大，说明上洞衬砌在下洞的开挖过程中起了较大作用，承受了较大部分围岩压力，保护了下洞的开挖。工2则没有充分发挥下洞衬砌的作用；◆在Ⅴ级围岩条件下，采用工1能充分发挥先建洞室结构对后建洞室的支护效果，而工2则不行，说明在该类地质条件下工1是优选方案。2）重叠隧道施工顺序研究3重叠隧道的设计与施工技术方案最大弯矩最大轴力模型(N·m)原型(kN·m)位置模型(N)原型(kN)位置工113.5813.58拱顶3.613.61拱腰工24.924.92墙脚0.880.88拱腰（2）模型试验——地表沉降工1地表沉降曲线(mm)工2地表沉降曲线(mm)2）重叠隧道施工顺序研究3重叠隧道的设计与施工技术（2）模型试验——地表沉降两种工序地表沉降最大值表◆工1，地表最大下沉量为50.7mm，其影响范围为拱顶中心地表左右3倍洞径；工2，地表最大下沉量为102.9mm，其影响范围为拱顶中心地表左右4倍洞径；◆在Ⅴ级围岩条件下，工1引起的地表沉降小，故是优选方案。2）重叠隧道施工顺