盾构下穿既有矩形电力隧道对地表变形影响规律研究

作     者：贾智磊 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：师海

授予年度：2023年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 0818[工学-地质资源与地质工程] 081403[工学-市政工程] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：地表沉降 下穿工程 数值模拟 贝叶斯网络 风险评价 

摘      要：随着我国城市建设的迅猛发展,电力隧道等地下生命线工程建设正如火如荼地进行,受城市用地的限制,新建隧道往往与既有地下工程构成穿越关系,出现隧道交叉穿越、下穿既有隧道等近接施工,对土体造成扰动进而引起地表变形沉降。因此,盾构下穿既有隧道对地表变形的影响、盾构施工过程中地表变形的风险评估等一直是相关领域研究的重点。本文以北京某盾构下穿既有矩形电力隧道工程为研究对象,基于数值模拟建立盾构下穿既有矩形电力隧道的三维模型,探究不同因素对地表沉降变形的影响,以定性、定量相结合的方法开展盾构下穿既有矩形隧道对地表变形的风险综合评价。通过该研究可减小盾构下穿既有矩形隧道时对地表变形的影响,为地表沉降控制及类似工程提供理论和技术支撑。主要内容及研究成果如下:(1)依据工程地质资料,分析了依托工程的地形地貌、地质构造、岩性,总结了盾构下穿施工的力学过程,揭示了施工时盾构、既有矩形隧道和上覆土层的相互影响原理,剖析了影响盾构下穿既有电力隧道对地面变形的影响因素并分类分析了影响盾构下穿施工主要参数;(2)基于数值模拟,建立“盾构-矩形既有隧道-土体耦合三维模型,开展了盾构下穿既有矩形电力隧道施工的动态数值模拟,分析施工过程对地层、地表变形及既有矩形隧道变形的影响。研究表明:盾构下穿施工的影响局限于以穿越点为中心的3倍直径范围内,而且在此范围内的沉降占据了较高的比例,基本上达到了总沉降的90%以上;既有矩形隧道在下穿过程中呈现竖向位移“先隆后沉、水平位移“缓慢向前-快速向前-缓慢向前及轻微的环向扭转变形的特征;(3)采用正交模拟法,分析了新旧隧道净距、交叉角度和水位变化等因素在盾构下穿既有矩形电力隧道施工中对地表和既有矩形隧道的影响规律。研究表明:地表沉降随着新旧隧道净距的增大呈现先增大后减小的趋势;地表沉降随两隧道穿越夹角的增大而减小;地表沉降随水位高度的增大而增大;(4)确定隧道直径、两隧道净距等19个风险影响因素,建立盾构下穿施工的风险概率评价指标并确定对应的先验概率值;采用贝叶斯网络法建立了新建隧道设计参数、土层概况等条件的风险概率网络模型;提出了盾构下穿既有矩形电力隧道的风险评价方法,开展了风险综合评价,结果表明:施工风险概率为0.747,为“较危险风险概率等级。