盾构隧道下穿时地下压力管线受拉-弯曲耦合力学特性与安全性评价研究

在我国地铁建设飞速发展的大背景下，隧道施工导致的地下管线安全事故不断发生，严重威胁着人民的生产和生活。缺乏符合工程实际(未考虑管线内部压力、管土分离及管线受拉等因素)的管线安全性评价指标指导地铁隧道施工是造成地下管线安全事故的重要原因。基于这一现状，本项目拟从如下几个方面开展针对性的研究：(1)建立盾构隧道施工引起的沉降传递规律模型，从机理上解释盾构隧道施工引起沉降产生和传播规律；(2)考虑管土接触关系、管线内部压力和接头等影响因素，提出符合工程实际的地下有压管线受拉-弯曲耦合力学模型；(3)基于上述研究成果，分析施工参数、地表沉降与管线力学和变形特性之间的关系，构建简单有效的地下管线安全评价体系；(4)研究盾构隧道施工控制与地下管线安全性指标之间的协调性，对施工参数进行针对性调整，从根本上避免地下管线安全事故的发生。通过本项目的研究为地铁工程大规模建设的顺利开展提供强有力的技术保障。

本项目利用现场试验、室内模型试验、数值计算及分析等手段系统研究了盾构隧道施工引起对地下管线的影响，分析了主要影响因素，提出了管线变形及保护措施。得到如下主要成果：(1)利用现场试验和数值计算，分析了管道在施工过程中土压力及管道变形的变化规律；并提出了预测公式。利用文献中已有的数据验证了所提出的公式的有效性；(2)分析了盾构隧道施工过程中，施工参数对拱顶沉降的影响规律。并提出了基于隧道施工参数的拱顶沉降计算方法，为计算管线变形奠定了基础；(3).研发了室内大型管道模型试验系统，并进行了隧道施工过程中管线变形规律及影响因素的分析。提出了隧道施工过程中管线变形计算方法；(4)利用三维模型，研究了管线不同参数对于管线力学特性的影响规律。研究表明：最大正弯矩发生在最大变形处，而最大负弯矩发生在沉降槽曲线拐点处；应力隔断层可以较好的保护隧道施工中的地下管线，考虑施工成本，建议隔断层厚度为0.5 m。