复杂环境下层状饱和地基中盾构隧道施工对临近既有管道影响的位移控制模型及应用研究

目前针对隧道开挖条件下临近既有管道变形影响的计算模型主要基于应力控制分析方法，建立在均质土体的基础上，没有考虑土体分层以及固结等复杂地层特性，也没有考虑临近加（卸）载等复杂环境的影响。本项目基于位移控制理论，引入椭圆化非等量径向土体移动模式，将弹性层状体系理论和Biot固结理论相耦合，提出层状饱和地基中土体自由位移场和遮拦效应条件下土体位移场的位移控制分析方法。在此基础上，结合离心模型试验和现场试验，考虑界面接触非线性和土体非线性，提出复杂环境影响下层状饱和地基中临近既有管道变形的位移控制分析方法。最终通过对隧道-土体-管道相互作用的力学机理和发展规律分析，提出适用于评价软土盾构隧道施工对临近既有管道影响的变形受力控制标准及工程技术保护措施。本研究成果将有效地克服目前地下构筑物变形分析方法的局限性，为控制因隧道施工诱发的岩土工程环境灾害提供理论依据。

目前针对隧道开挖条件下临近既有管道变形影响的计算模型主要基于应力控制分析方法，建立在均质土体的基础上，没有考虑土体分层固结等复杂地层特性，也没有考虑临近加（卸）载等复杂环境的影响。本项目基于位移控制理论，采用理论解析方法、三维数值模拟技术、离心物理模拟试验以及现场实测等技术手段，提出了复杂环境下层状地基中盾构隧道施工引起周围土体变形以及临近管道纵向变形的位移控制分析方法，改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中求解此类工程问题的状况。同时，也给出了适用于评价软土盾构隧道施工对临近管道影响的变形受力控制标准以及工程技术保护措施。本研究成果可为合理评估盾构隧道施工对周围环境的影响以及合理制定复杂环境下既有管道的保护措施提供一定理论依据。.本项目主要理论研究成果包括以下几方面：.（1）提出了直角坐标系中任意荷载作用下弹性层状地基模型的基本解。首先在直角坐标系下采用双重Fourier积分变换得到了单层地基应力和位移的初始函数，然后在此基础上运用矩阵递推技术，给出了任意荷载作用下层状地基中应力和位移的解析表达式。.（2）提出了层状地基中盾构隧道开挖引起土体变形的位移控制边界单元法。采用高阶等参单元代替低阶常分布单元得到了边界离散方程，同时以弹性层状地基模型的基本解代替了常规均匀介质体的Kelvin基本解或Mindlin基本解。.（3）提出了层状地基中盾构隧道开挖对临近既有管道影响的两阶段简化分析方法。采用弹性层状地基模型将既有管线视为Euler-Bernoulli梁，地基土体连续位移采用弹性层状半空间体系的基本解进行计算。.（4）提出了层状地基中盾构隧道开挖对临近既有管道影响的DCBEM-FEM数值耦合分析方法。将弹性层状地基模型基本解与直接边界单元法相联立，建立了层状地基中洞周边值问题的边界单元求解方程，利用耦合边界条件建立了DCBEM-FEM耦合求解方程。