【摘 要】
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近年来城市地下空间开发规模日益增长,城市立交隧道作为城市地面空间的延伸线,在平衡路网交通流量、缓解城市交通压力等方面有着举足轻重的作用。立交隧道开挖规模较一般城市隧道更大,导致围岩变形失稳、动力地质破坏与水灾水害等问题愈加严重,其中水灾水害频繁且突出,成为了影响施工安全、限制新建隧道进度和增加经济消耗的关键因素。本文通过理论推导、数值仿真与模型试验等研究方法,以新建上穿隧道和新建下穿隧道作为研究对
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近年来城市地下空间开发规模日益增长,城市立交隧道作为城市地面空间的延伸线,在平衡路网交通流量、缓解城市交通压力等方面有着举足轻重的作用。立交隧道开挖规模较一般城市隧道更大,导致围岩变形失稳、动力地质破坏与水灾水害等问题愈加严重,其中水灾水害频繁且突出,成为了影响施工安全、限制新建隧道进度和增加经济消耗的关键因素。本文通过理论推导、数值仿真与模型试验等研究方法,以新建上穿隧道和新建下穿隧道作为研究对象,围绕流固耦合作用下立交隧道围岩稳定性问题展开研究,得出下列主要结论:(1)基于流固耦合基本理论与弹塑性理论,将立交隧道划分为非立交段与立交段,对新建下穿隧道在不同位置开挖引起的围岩力学变化进行理论分析。隧道非立交段按一般深埋圆形隧道讨论,给出了弹塑性区的应力与位移表达式,得出塑性区应力、塑性区半径与塑性区位移随不同内外水头差的变化规律;隧道立交段按上覆岩层-既有隧道-新建隧道分层结构讨论,通过数值仿真求解出两隧道之间的应力折减系数,给出了洞周应力与位移表达式,得出新建隧道竖向位移和水平位移随不同内外水头差的变化规律。(2)在Ⅳ级围岩、50m水头的条件下,无论是否考虑流固耦合作用,新建上穿隧道围岩都较为稳定,不会出现围岩失稳等现象;新建下穿隧道在不考虑流固耦合作用时围岩较为稳定,在考虑流固耦合作用时围岩极易失稳,很大概率会发生围岩失稳,甚至破坏。(3)考虑流固耦合作用时,无论以何种修建方式形成的立交隧道在开挖至立交段时围岩扰动与范围都将显著增大,且渗流作用对新建下穿隧道的影响更强。同时,通过对比不同断面的位移增量大小,隧道在下穿第二座既有隧道时,洞周位移增幅均大于下穿第一座隧道。
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