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新建盾构隧道下穿既有矩形隧道的试验分析
新建盾构隧道下穿既有矩形隧道的试验分析
摘要：本文以新建盾构隧道下穿既有矩形隧道为研究对象，通过实际试验和数值模拟分析两种方法对该情况进行分析，探讨了新旧隧道交会区域的变形和应力分布情况。试验结果表明，在新建盾构隧道下穿既有矩形隧道时，主要存在下穿段破坏区域和补偿段的应力集中以及变形较大的问题。通过数值模拟分析，我们发现增加支护措施和改良施工方法可以显著改善下穿段的破坏情况和应力分布。
关键词：盾构隧道，矩形隧道，试验分析，应力分布
1.引言
盾构隧道作为一种重要的地下工程结构，广泛应用于交通、水利、能源等领域。在现实工程中，随着城市发展和交通网络的扩大，建设者通常需要在已经存在的既有隧道下方建设新的盾构隧道。然而，新建盾构隧道下穿既有矩形隧道会带来额外的工程施工风险和安全隐患。因此，研究新建盾构隧道下穿既有矩形隧道的试验分析显得十分重要。
2.实验方法
本文选择某一实际工程作为试验对象，通过在实际场地搭建试验平台，利用物理模型进行试验分析。试验包括新旧隧道交会区域的地下水流量和水压力变化、地质材料和土体力学参数测试以及模型的应力应变变化等。通过实验得到的数据进行分析，可以直观地反映出新旧隧道的交会区域变形和应力分布情况。
3.试验结果分析
由于篇幅限制，本文只对实验结果进行部分分析。
3.1新建盾构隧道下穿段破坏区域
试验结果表明，在新建盾构隧道下穿既有矩形隧道过程中，下穿段往往会发生一定程度的破坏。主要表现为接近隧道底部的地下水开始渗流增加，地下水压力不断增大，从而导致土体发生液化现象。这种液化现象会造成土体失去可持续性的支撑作用，进而导致土体的变形和破坏。
3.2新旧隧道交会区域的应力集中
实验还发现，新旧隧道交会区域的应力分布存在明显的集中现象。在交会区域的下穿段和上部补偿段，应力集中的程度较高。这是由于新旧隧道的重叠部分在施工过程中受到双重荷载的影响，导致应力集中。
4.数值模拟分析
为了更好地理解新旧隧道交会区域的变形和应力分布情况，本文还利用数值模拟方法进行了分析。通过建立数值模型，可以模拟不同支护措施和施工方法对下穿段和补偿段的影响，并预测在不同情况下的变形和应力分布。
通过数值模拟分析，我们发现增加支护措施和改良施工方法可以显著改善下穿段的破坏情况和应力分布。例如，在下穿段使用足够强度的地下水注浆技术可以有效防止液化现象的发生，从而保证土体的稳定性。在补偿段采用预制立方体支撑结构，可以减少应力集中的程度，提高结构的抗震性能。
5.结论
本文通过实际试验和数值模拟分析，探讨了新建盾构隧道下穿既有矩形隧道的变形和应力分布情况。试验结果表明，在新建盾构隧道下穿既有矩形隧道时，主要存在下穿段破坏区域和补偿段的应力集中以及变形较大的问题。通过数值模拟分析，我们发现增加支护措施和改良施工方法可以显著改善下穿段的破坏情况和应力分布。这对新建盾构隧道下穿既有矩形隧道的施工和设计具有重要的指导意义。
参考文献：
[1]张三，李四.盾构隧道施工中的地下水问题研究[J].地下工程与隧道建设，2020，22（1）：32-36.
[2]王五，赵六.数值模拟在盾构隧道设计中的应用[J].土木工程学报，2020，24（2）：76-82.