环间错台效应下基坑开挖引起临近地铁盾构隧道变形的能量计算法.pdfVIP

第37 卷，第3 期 中国铁道科学 Vol. 37 No.3 201 6 年 5 月 CHINA RAILW A Y SCIENCE May , 2016 文章编号: 1001-4632 (2016) 03-0053-08 环间错台效应下基坑开挖引起临近 地铁盾构隧道变形的能量计算法 周顺华1 ， 2 ，何超l ， 2 ，肖军华1 ， 2 (1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804; 2. 同济大学交通运输工程学院，上海 201804) 摘 要:针对基坑开挖直接引发临近运营地铁盾构隧道不均匀变形的计算问题，为克服将盾构隧道视为等 效均质弹性地基梁的传统算法的不足，提出了能量计算法。采用 Mindlin 基本解计算基坑开挖引起的隧道附加应 力，并通过坐标变换使其可以考虑隧道与基坑轴线存在夹角的情况;将盾构隧道衬砌环视为由剪切弹簧连接的 弹性地基短梁，并结合基坑开挖会导致盾构隧道发生环间错台的情况，建立隧道变形计算模型;利用最小势能 原理建立变分控制方程，求解隧道的竖向、水平位移和环间错台量e 将本文计算结果与现场实测数据和弹性地 基梁法计算结果对比可知，本文算法的计算结果与现场实测数据吻合更好，而且计算效率更高。 关键词:盾构隧道z 基坑开挖;环间错台;附加应力;隧道变形;最小势能原理 中圈分类号: U451 文献标tR码:A 也Î: 10. 3969/j. is皿 1001-4632.2016.03.08 随着地铁规模的不断扩大，临近运营地铁隧道 献 [15 ， 16J 利用 Mindlin 解并结合弹性地基梁理 的基坑工程日益增多，以 2014 年 9 月对杭州地铁 论，推导了求解基坑和隧道开挖引起临近地铁隧道 1 号线保护区内的施工活动巡查为例，沿线施工的 变形的弹性地基梁法。综上所述，目前的研究方法 基坑数量多达 19 个[IJ 。基坑开挖会直接引发临近 可分为经验公式法、有限单元法、弹性地基梁法。 经验公式需依靠大量实测数据，使用范围受数据来 运营地铁盾构隧道的不均匀变形，由此恶化轮轨动 源限制;有限单元法计算的准确性在很大程度上取 力相互作用关系，加速隧道结构性能损伤甚至失 效，如盾构隧道管片破坏、结构渗漏水、轨下支承 决于土体本构模型及参数的选取，且计算量大、建 模复杂，需要专业软件;弹性地基梁法属于解析方 块及道床破裂、钢轨断裂等，对地铁运营安全造成 法，通常采用差分法求解囚阶挠曲微分控制方程， 严重威胁。为此上海市地铁沿线建筑施工保护地铁 技术管理暂行规定[2J :地铁结构最终绝对位移不能 计算过程复杂，需较多的分段数才能达到较好的计 超过 20 mmo 故研究基坑开挖对临近运营地铁隧 算精度，不适宜工程应用。 SHENW. Y. 等[17-19J 基于最小势能原理，提 道的影响具有重要的实用价值。 针对此类工程问题，国内外一些学者已进行了 出分析桩顶承受荷载作用时群桩变形和内力的能量 相关研究[岳阳]。文献 [3 ， 4J 结合工程实测数据， 变分法，刘晓强等[20J 将