城市密集区浅埋地铁隧道侧压力系数与断面形状匹配关系研究

《Buildings》：Damage Evolution of the Surrounding Ground and Cross-Sectional Shape Optimization for Shallow-Buried Mined Subway Tunnels Under Different Lateral Pressure Conditions

　　在密集的城市环境中，浅埋地铁隧道的开挖会形成明显的开挖损伤区（开挖引起的塑性区），从而降低围岩的力学完整性和长期稳定性。本研究针对北京轨道交通22号线红庙站至慈云寺桥站区间单洞双跨顺序开挖工法，采用理论分析、FLAC3D数值模拟和现场监测相结合的方法展开研究。分别针对侧压力系数为0.3、0.5、0.8和1.0的情况，对开挖序列中的变形响应、应力重分布及塑性区演化进行了评估，同时考察了隧道断面形状与初始应力状态匹配的影响。模拟沉降值与现场实测值吻合良好，偏差在10%以内。随着侧压力系数的增大，主导变形模式由以拱顶沉降和底板隆起为特征的竖向收敛转变为集中于拱腰和墙脚附近的水平挤压力。理想化椭圆断面的分析表明，当高跨比b/a接近侧压力系数K0时，环向应力最为均匀。对于实际马蹄形断面，适当减小b/a并使曲率过渡更加平滑，可在降低局部应力集中的同时保留拱顶拱效作用。本研究结果可为不同侧压力条件下的断面形状选择提供初步的力学依据，并为确定差异化支护措施的施作位置提供参考。