盾构下穿引起的既有隧道沉降变形研究

作     者：王理想 刘四进 王军 段其广 

作者机构：中铁十四局集团有限公司 中国地质大学(武汉)工程学院 

出 版 物：《力学季刊》 (Chinese Quarterly of Mechanics)

年 卷 期：2024年第3期

页      面：855-866页

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：中铁十四局集团有限公司科技研发计划项目(913700001630559891202106) 国家重点研发计划(2023YFC3806703) 

主　　题：盾构隧道 沉降变形 简化随机介质理论 Timoshenko梁隧道模型 隧道开挖 

摘      要：新建盾构隧道下穿会对既有隧道周围土体产生扰动，导致既有隧道产生较大的沉降变形．针对该工况，基于两阶段分析法，提出一种理论解析方法，以预测新建盾构隧道下穿引起的既有隧道的沉降变形．利用简化的随机介质理论，求解新建隧道开挖引起的土体自由沉降，并将该沉降施加于既有隧道之上．将既有隧道简化为Timoshenko梁模型，利用Vlazov地基模型模拟隧道-土的相互作用，构建盾构下穿作用下既有隧道的沉降变形微分方程．利用有限差分法对沉降变形微分方程进行求解，得到既有隧道在盾构下穿作用下产生的沉降变形解答．结合两个工程案例，将理论解析结果与实测数据进行对比，验证了所提出的理论解析方法的合理性．对影响既有隧道沉降变形的三个关键参数进行分析，结果表明：既有隧道最大沉降与地层损失率之间呈线性关系，地层损失率越大沉降也越大；随着隧道夹角的减小，既有隧道的变形范围显著增大；增大新旧隧道轴线距离，能够显著减小隧道沉降．