盾构隧道平行穿越连拱隧道施工影响分析及安全控制研究

摘要

近年来我国掀起了城市地铁盾构隧道建设的热潮，盾构隧道近接施工越来越普遍。但是，新建盾构隧道与既有连拱隧道近距离平行穿越的复杂形式尚不多见，施工时既有连拱隧道的结构安全可能会受到影响，对于城市地铁而言是一种挑战，需要合理处理。为此，本文以西安地铁4号线航天新城～航天东路区间隧道工程实例为依托，分别从理论分析、数值模拟、现场实测方面分析盾构隧道穿越既有连拱隧道的影响规律及穿越施工期间采取的施工工程措施。论文的主要研究工作如下：
　　（1）根据弹性力学Mindlin解得到了盾构施工正面推力和侧壁摩擦力引起的土体变形及附加应力计算公式，同时结合镜像法基本原理对土体损失引起的附加应力进行了求解，得到三者共同作用下总的附加应力计算公式。利用MATLAB对依托工程中连拱隧道轴线位置处土体位移及作用于连拱隧道上的附加荷载分布情况进行了系统的分析计算。
　　（2）建立新建盾构隧道穿越既有连拱隧道的三维数值计算模型，利用空模型、改变单元材料参数和施加面力等方法实现土体开挖、支护压力施加、注浆压力施加、管片拼装等动态施工过程的精细化模拟，分析盾构隧道在施工过程中对连拱隧道支护结构及周边围岩的影响规律。
　　（3）以不同围岩软硬程度、隧道净距、注浆压力及土仓压力这四个主要参数进行了参数变化分析。
　　（4）分析、总结了国内外相关标准和和类似工程经验，初步制定了盾构隧道穿越连拱隧道安全施工控制标准，以确保既有连拱隧道结构安全。详细介绍了盾构穿越施工时的参数计算及选取，通过与现场第350环～707环施工时土仓压力、掘进速度、同步注浆压力、推力、出土量、刀盘扭矩及转速的统计数据比较表明：计算所得参数与所采用的掘进参数较为吻合。并对盾构隧道近距离平行穿越连拱隧道施工时的土体加固措施、连拱隧道结构加固措施进行简要介绍、分析，为类似穿越工程提供安全控制措施方面的建议。
　　（5）对穿越施工现场监测项目、断面及测点布置、监测元件及监测结果等进行简要介绍。结合隧道施工对地表建筑（构）筑物的影响、日本隧道近接施工指南，根据盾构隧道施工前后连拱隧道拱顶竖向位移、二次衬砌混凝土压应力变化提出了基于位移准则及强度准则的影响分区方法，针对盾构施工对新建连拱隧道结构影响可进行有效分区。
　　现场施工过程中盾构隧道最终安全通过穿越段，且既有连拱隧道的衬砌结构未出现裂缝，表明现场采用的施工方案及措施是合理的，可以切实地解决施工所面临的问题，对今后相似穿越形式的城市地铁隧道建设具有一定的借鉴作用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 主要研究内容及方法

第二章 盾构穿越连拱隧道相关理论

2.1 隧道开挖理论

2.2 盾构施工过程分析

2.3 地铁盾构穿越连拱隧道作用机理

2.4 本章小结

第三章 盾构平行穿越连拱隧道数值模拟分析

3.1 工程概况

3.2有限差分法FLAC3D软件介绍

3.3 盾构下穿施工数值模拟

3.4 数值计算结果及分析

3.5 盾构施工对连拱隧道影响因素分析

3.6 本章小结

第四章 盾构隧道穿越连拱隧道安全施工控制技术

4.1 下穿施工既有连拱隧道变形控制标准制定

4.2 盾构下穿连拱隧道安全控制标准

4.3 区间盾构隧道穿越连拱隧道施工控制措施

4.4 本章小结

第五章 盾构隧道平行穿越连拱隧道现场监测

5.1盾构施工监测概述

5.2监控量测数据处理及分析

5.3 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 主要研究结论

6.2 存在的问题及展望

参考文献

参与科研项目及成果

致谢