既有隧道上方挖填方施工的影響分區(qū)及對策研究

課題于2011年獲得資助，課題研究時間為2012.1.1~2015.12.31。研究過程中，主要采用了資料調(diào)研、數(shù)值模擬、室內(nèi)模型實驗、室內(nèi)離心實驗和結(jié)合“連霍高速公路擴建工程通過鄭西高鐵隧道上方安全影響分析與技術(shù)對策”依托項目開展的現(xiàn)場測試等手段，研究了既有隧道受上方挖、填方的影響規(guī)律，既有隧道上方挖、填方施工的強、弱、無影響分區(qū)劃分，以及既有隧道上方挖、填方施工影響對策措施。 通過研究，得到了既有隧道上方開挖、回填時圍巖級別、初始埋深、隧道洞徑、結(jié)構(gòu)健全度等因素的影響規(guī)律。以既有隧道上方開挖工程的圍巖壓力為例來說明影響規(guī)律：隨著開挖的進行，圍巖壓力逐漸減??；當(dāng)開挖至承載圈并逐漸破壞（喪失承載能力）時，圍巖壓力會增大；當(dāng)承載圈完全破壞并進入淺埋時，圍巖壓力進一步呈線性減小。圍巖級別越低，圍巖物理力學(xué)性質(zhì)越差，承載圈的范圍越大，將較早開挖至承載圈，且作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的壓力也越大。既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)劣化后，因剛度減小，承擔(dān)的壓力減小。初始埋深越大，承載圈范圍越大，圍巖壓力也越大。既有隧道洞徑越大，圍巖穩(wěn)定性越差，承載圈的范圍越大，圍巖壓力越大。 通過對影響規(guī)律分析，選取承載圈是否破壞和應(yīng)力增量是否超限作為控制標準，在充分考慮各影響因素的前提下，分別對既有隧道上方開挖、回填進行了影響分區(qū)（無影響區(qū)、弱影響區(qū)和強影響區(qū)）的劃分。以選定標準工況的影響分區(qū)為例： 1) 隧道洞徑10m、50cm的C30襯砌健全的VI級圍巖情況下，初始埋深為5.0D時既有隧道上方開挖的強影響區(qū)為<1.4D，弱影響區(qū)為1.4D~2.8D，無影響區(qū)為2.8D~5.0D； 2) 隧道洞徑10m、50cm的C30襯砌健全的VI級圍巖情況下，初始埋深為3.0D時既有隧道上方回填的強影響區(qū)為>9.3D，弱影響區(qū)為9.3D~5.0D，無影響區(qū)為3.0D~5.0D。 進而，針對既有隧道上方開挖、回填時產(chǎn)生的影響及該類近接工程的特點，分別從既有隧道、新建工程和中間地層三方面提出了處治對策。 通過本課題研究，系統(tǒng)的分析了既有隧道上方進行挖填方施工時的力學(xué)機理、影響規(guī)律、影響程度和對策措施，補充并完善了地下近接工程理論，研究方法可用于類似近接工程的研究，研究成果可運用于工程實際。 2100433B

課題擬采用經(jīng)驗類比、數(shù)值模擬、模型離心試驗及現(xiàn)場測試方法，對既有隧道上方挖填方施工的影響分區(qū)和對策進行研究。通過對地質(zhì)條件（IV～VI級）、初始埋深（H0）、工程規(guī)模(挖填高度，△H0)、既有隧道大小(跨度，D)及其結(jié)構(gòu)健全度、初始埋深比(H0/D)、挖填高度比(△H0/H0)等因素的影響規(guī)律及其關(guān)聯(lián)度的研究，并引入可拓學(xué)理論、基因算法等手段綜合各因素的影響，研究該類近接施工的力學(xué)機理和力學(xué)響應(yīng)模型；研究影響分區(qū)和分度的準則及其閾值；研究影響分區(qū)表達式和指標計算方法、分區(qū)標準圖式；并研究影響范圍內(nèi)的力學(xué)對策。.目前，對既有隧道上方挖填方的研究以個案研究為主，對力學(xué)機理及影響分區(qū)缺乏系統(tǒng)研究，研究方法以經(jīng)驗類比和數(shù)值分析為主。隨著該類近接工程的大量涌現(xiàn)，廣泛、深入、系統(tǒng)地開展該類近接施工的力學(xué)機理及對策研究，將有助于豐富和發(fā)展隧道力學(xué)理論，解決該類近接工程設(shè)計和施工中遇到的問題，確保工程安全

通過數(shù)理力學(xué)方法和經(jīng)驗類比法,對兩相鄰隧道間的近接施工問題進行研究。按時間、空間、工法三要素對其進行分類，分別研究各類型近接施工問題的力學(xué)機理和力學(xué)響應(yīng)模型，研究影響分區(qū)和分度的準則及其適用性，影響分區(qū)因素及其關(guān)聯(lián)性，影響分區(qū)表達式和指標計算方法，以及分區(qū)標準圖式，并研究其力學(xué)對策。目前隧道力學(xué)的理論研究主要基于半無限體或無限體中單一洞室的力學(xué)行為，對相鄰隧道間的復(fù)雜力學(xué)機理缺乏系統(tǒng)研究。因此 2100433B

通過理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)模型試驗等方法，對硬巖地層城市隧道近接既有高層建筑施工的影響分區(qū)進行研究。地下工程近接施工影響最本質(zhì)的原因是由于新建工程的施工引起圍巖應(yīng)力狀態(tài)再次重分布，從而導(dǎo)致一系列的力學(xué)行為變化。通過建立相應(yīng)的力學(xué)模型分析硬巖隧道近接高層建筑施工的力學(xué)機理以及可能的破壞模式，在此基礎(chǔ)上，考慮諸多影響因素，如地層條件，隧道尺寸，高層建筑體量，幾何近接度，圍巖的應(yīng)力釋放率等，進行多工況數(shù)值模擬計算，再根據(jù)一定的判別準則及其閾值，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計方法，初步建立硬巖隧道近接高層建筑施工的強、弱、無影響分區(qū)標準。然后通過模型試驗進行有限工況的物理模擬，同時輔以既有的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，修正完善該影響分區(qū)標準及相應(yīng)的表達式。最后研究討論工程處于受影響范圍內(nèi)的對策。本研究成果將有助于豐富和發(fā)展隧道力學(xué)理論，為相關(guān)工程的設(shè)計與施工提供指導(dǎo)，也為今后規(guī)范標準和指南等的編制提供理論和技術(shù)支撐。