盾构隧道下穿施工对既有桥梁桩基础的影响及其控制技术研究

摘要

近年来地下交通的极大发展使得地铁线路日益网络化、规模化，地铁线路与既有公路桥梁交叉的情况愈发常见。目前，国内外尚缺乏盾构隧道下穿桩基础工程的相关技术规范，相关学者虽已对盾构隧道下穿既有桥梁桩基础工程问题开展了大量研究工作，但由于盾构施工技术工艺、穿越形式和地质条件的复杂性以及现有研究水平的局限性，取得的研究成果尚不系统，有待进一步研究。
　　论文依托广佛环线沙堤隧道下穿佛开高速公路汾江大桥实体工程，采用资料调研、理论分析与数值仿真计算等方法研究盾构隧道下穿施工对地层变形和既有桥梁桩基础承载特性、受力与变形特性的影响，在此基础上，建立系统的盾构隧道下穿既有桥梁桩基础施工影响控制技术体系。主要成果如下：
　　1）探明了盾构隧道下穿施工对地层及既有桥梁桩基础的影响机理。盾构隧道下穿既有桥梁桩基础过程中，盾构隧道、地层与既有桥梁桩基础处于一个共同作用的体系，隧道施工是扰动来源，地层变形是扰动媒介，既有桥梁桩基础是扰动对象。控制盾构隧道下穿施工对既有桥梁桩基础影响的关键是有效限制盾构隧道施工引起的地层变形。
　　2）对盾构掘进过程进行数值仿真计算，全面分析盾构施工不同掘进阶段、盾构隧道与既有桩基础相对位置、隧道围岩条件等因素影响下地层变形以及既有桥梁桩基础附加变形与附加内力等方面的规律，得到以下结论：（1）地层距盾构隧道越近受到的扰动越强，反之越弱。（2）地层中桩基础的存在对盾构隧道施工扰动的传递起到一定的遮蔽作用。（3）盾构隧道从既有桩基础正下方穿过或从其一侧穿过且隧道顶与桩底平齐时对既有桩基础影响最大；盾构隧道与既有桩基础水平间距超过3倍隧道直径或既有桩基础桩端位于盾构隧道轴线以下时，既有桩基础受盾构施工扰动较小。（4）随着盾构隧道围岩条件的降低，地层沉降槽整体沉降以及既有桩基础的附加沉降、附加水平位移、附加弯矩呈增大趋势。
　　3）根据实施对象的不同，选取针对盾构隧道下穿既有桥梁桩基础工程中的扰动来源（隧道施工）、扰动媒介（地层变形）和扰动对象（既有桩基础）的施工影响控制技术措施，建立了盾构隧道下穿既有桥梁桩基础施工影响控制技术体系。
　　论文研究成果可为今后类似盾构隧道下穿既有桥梁桩基础工程的设计和施工提供指导，具有一定的理论和工程实用价值。

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第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状与评述

1.3 研究内容与思路

第二章 盾构隧道下穿既有桥梁桩基础施工影响的理论分析

2.1 概述

2.2 盾构法施工原理及其力学行为机理分析

2.3 下穿过程中盾构隧道与既有桥梁桩基础的关系

2.4 盾构隧道下穿施工引起地层变形研究

2.5 地层变形对既有桥梁桩基础承载能力影响研究

2.6 小结

第三章 盾构隧道下穿既有桥梁桩基础施工影响的数值仿真分析

3.1 概述

3.2 依托工程背景

3.3 盾构掘进过程仿真模拟

3.4 模型建立与参数选取

3.5 数值仿真计算方案及分析内容

3.6 数值仿真计算成果与分析

3.7 小结

第四章 盾构隧道下穿既有桥梁桩基础施工影响控制技术研究

4.1 概述

4.2 针对扰动来源的施工影响控制技术

4.3 针对扰动媒介的施工影响控制技术

4.4 针对扰动对象的施工影响控制技术

4.5 小结

第五章 结论与建议

5.1 主要结论

5.2 进一步研究建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢