复杂环境下暗挖地铁隧道诱发地层变形机理及其对邻近在役管线的影响

地铁建设是我国21世纪城市地下空间开发的重点，地铁施工诱发地层扰动导致邻近在役管线变形过大而破坏将严重危害生产建设和人民生命财产安全。本项目拟根据富水地区岩质复杂多变的特点，通过相似材料模型试验和数值计算对施工工序进行精细化模拟，考虑地层损失及降水作用建立地铁施工诱发的动力灾害预测模型，实现施工过程与重大事故源的相依关系判断。依据不同管线(管径比、壁厚、腐蚀)的力学实验，建立在役管线腐蚀剩余强度的预测模型及受力变形控制值，将管线作为薄壁壳体(管径比和刚度变化)，考虑管-土的相互作用及管-隧位置的影响，建立隧道-管线-土体的计算耦合模型和相似材料试验模型，对管线应力、局部倾斜、附加最大弯矩和地表沉降槽限值等进行验算，获得在役管线受力变形与地层沉降的对应关系，并提出管线安全性的层次-模糊判别方法及保护措施，对于获得富水地区地铁施工时的地层变形规律及保护已有管线设施具有重要意义。

地铁建设是我国21世纪城市地下空间开发的重点，地铁施工诱发地层扰动导致邻近在役管线变形过大而破坏将严重危害生产建设和人民生命财产安全。本项目根据大连富水地区岩质复杂多变的特点，通过相似材料模型试验和数值计算对隧道施工工序进行精细化模拟，以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景，考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序，运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟，并与现场测量数据进行对比分析。得出：先施工的右线隧道掘进完成后，隧道上方各层土体越靠近地表，盾构施工引起的地层竖向变形越小，而地层的沉降槽宽度越大，地表沉降槽宽度系数为0.56；近距离双隧道同向先后开挖时，土体相互扰动，地层距离隧道轴线的高度越小，地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显，岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别；两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形，此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用，易出现裂缝，故在施工中应做好切实的防护措施。2）以大连地铁1号钻爆施工的双线隧道为背景，应用相似原理和单轴压缩试验获得了土层的最优相似材料配比方案，并建立双隧道和管-隧垂直时的二维相似材料模型，通过对模型内部位移的量测，得出了双隧道先后施工扰动地层与管线的变形和应力特征。3)运用FLAC3D软件建立隧道-管线-土体的计算耦合模型，研究了不同管线(埋深、直径、材质、管-隧位置)工况条件下盾构双隧道开挖对管线应力、位移的影响，获得管线受力变形与地层沉降的对应关系。在本项目研究过程中，完成博士后出站报告2个，培养已毕业的硕士2个，目前在读硕士3名，发表学术论文25篇，其中被SCI检索1篇，EI检索16篇，核心期刊6篇，本项目的成果为沿海地区地铁开挖对临近埋地管线的影响提供了重要的科学依据。