下穿高层建筑群浅埋暗挖小净距隧道施工力学与安全控制技术研究

摘要

随着城市化的发展，城市人口将越来越密集，特别是大城市，地面交通已不能满足现有交通需要，城市交通地下化是未来发展的大方向。城市浅埋隧道建设以后会越来越普遍，所以对隧道开挖下穿高层建筑的施工力学研究为未来地下交通建设提供指导作用，具有非常现实的意义，本文以渝中连接隧道下穿农业银行住宅楼和办公楼小净距段为研究背景，采用理论分析和数值模拟的方法，重点对小净距隧道下穿农业银行两栋建筑全开挖过程进行力学分析，重点对各排基础下洞内断面拱顶竖向位移和拱腰水平位移，最大压应力，塑性区的开展，初支和二衬受力特征，地表沉降，房屋基础沉降和倾斜情况进行分析，同时对比改变开挖步序，先开挖左洞时以上各指标的数值变化情况，最后建立无房情况和先开挖隧道后在正上方建房的情况，以此分析由于房屋的存在，隧道开挖围岩变形与初支二衬受力情况及房屋的修建对先建隧道造成的影响。主要内容有以下几个方面:
　　①系统论述了国内外近接施工的施工方法，周边建筑与隧道相互影响分区及加固方案等各项研究成果，探讨目前存在的问题。
　　②对近接施工进行理论研究，分析了近接施工隧道开挖，地层变形和受力特征及其传递规律，隧道开挖的影响范围及其诱发的地表沉降槽，地层变形特点及其控制原理，隧道-岩土体-结构的同台作用体系及其变形破坏特征分析
　　③对小净距隧道下穿农业银行段进行全过程开挖分析，建立下穿段的三维有限元模型，分析开挖过程中各排基础下洞内断面围岩的变形特点，塑性区的开展，初期支护和二衬的受力，地表沉降特征，房屋的基础沉降和倾斜情况，验证了现有设计支护方案完全能够满足结构自身及周边建筑的稳定性要求，得出了围岩的应力重分布特征，初支与二衬的受力特点，房屋的变形特点，并找出了开挖过程中的关键施工步及施工中应注意采取的措施。
　　④对比分析改变开挖步序隧道自身及周边建筑的变形情况，得出在正穿高层建筑时，先开挖上方荷载较小一侧洞再开挖竖向荷载较大一侧洞室的原因。
　　⑤对比分析在先有房后建隧道，无房及在先有隧道后建房三种工况下围岩、初支与二衬的受力特点，得出了在有房与无房时开挖隧道，房屋对洞室影响的范围及由于房屋存在两洞之间的相互影响程度，由于房屋的存在围岩变形，初支与二衬受力增长情况。同时得出了在先开挖隧道后建房，房屋对洞室的影响情况。
　　⑥详细介绍近接施工中，从隧道施工、地层加固、房屋基础注浆和结构加固等方面稳定地层及结构的施工措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道开挖对地面建筑物影响研究现状

1．2．2 小净距隧道研究发展现状

1．2．3 邻近施工时建筑物保护措施研究现状

1．3 研究中存在的问题

1．4 本文主要研究内容及方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究思路及方法

1．4．3 研究的技术路线

第二章 近接施工地层的变形及传播规律

2．1 地层应力应变规律及影响因素

2．1．1 近接施工地层应力应变传递特点

2．1．2 隧道开挖影响范围的决定因素

2．1．3 隧道开挖诱发的地表沉降槽

2．2 地下工程施工地层破坏模式及其控制原理

2．2．1 滑移破裂模式

2．2．2 错台塌陷模式

2．2．3 层间拉裂模式

2．3 隧道-岩土体-结构动态作用

2．4 地层与结构的动态破坏模式

2．4．1 建筑物地基变形特征

2．4．2 隧道施工对建筑物的影响模式

2．5 本章小结

第三章 渝中连接隧道下穿农业银行施工力学分析

3．1 概述

3．1．1 两江大桥渝中连接隧道概况

3．1．2 农业银行段位置关系

3．1．3 农业银行段设计概况

3．2 模型建立

3．2．1 数值模拟计算原理

3．2．2 模型选择

3．2．3 模拟计算参数

3．2．4 施工步序说明

3．3 洞内围岩位移及应力分析

3．3．1 农业银行住宅楼和办公楼第一排基础处(20m断面)

3．3．2 农业银行住宅楼和办公楼第二排基础断面处(29m断面)

3．3．3 农业银行住宅楼和办公楼第三排基础断面处(38m断面处)

3．3．4 办公楼第四排基础(45m断面处)

3．4 塑性区的开展

3．5 支护结构力学动态分析

3．5．1 初期支护应力分析

3．5．2 二次衬砌应力分析

3．6 地表沉降分析

3．7 农业银行住宅楼和办公楼基础沉降分析

3．7．1 隧道开挖过程中农业银行住宅楼基础沉降与差异沉降分析

3．7．2 隧道开挖过程中农业银行办公楼基础沉降与差异沉降分析

3．8 房屋倾斜分析

3．8．1 农业银行住宅楼房屋倾斜分析

3．8．2 农业银行办公楼房屋倾斜分析

3．9 实际施工步序与先左洞后右洞开挖对比分析

3．9．1 洞内断面变形和最大压应力对比分析

3．9．2 初支与二衬应力分析

3．9．3 房屋基础沉降和房屋倾斜对比

3．10 本章小结

第四章 房屋对先建隧道和后建隧道影响分析

4．1 三种工况下各排基础断面下围岩变形受力分析

4．1．1 三种工况下各排基础下断面变形

4．1．2 三种工况下各断面最大压应力对比

4．2 三种工况下塑性区分布

4．3 三种工况下初支应力对比分析

4．4 三种工况下二衬应力对比分析

4．5 本章小结

第五章 隧道近接施工建筑物监控与防治技术

5．1 隧道施工控制技术措施

5．1．1 施工方法选择

5．1．2 开挖支护参数调整

5．1．3 围岩加固措施采用

5．2 监控量测技术

5．2．1 地面沉降测点布设及测量

5．2．2 隧道断面洞内监测

5．2．3 房屋基础沉降及倾斜变形监测

5．2．4 监控频率及预警值

5．3 建筑物损坏的具体防治措施

5．3．1 地基加固

5．3．2 建筑物加固

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学习期间发表的论著及参加的项目