砂土与全风化花岗岩中双线盾构隧道近距离下穿高架桥的影响分析

摘要

本文依托穗莞深城际铁路工程中太平隧道穿越高架桥工程实例，采用理论分析、现场实测数据分析和数值模拟的方法，致力于研究以下几个方面的问题：(1)单线隧道和双线隧道施工对土体、桩基和周边环境的影响规律；(2)地层损失变化对土体变形、隧道衬砌内力的影响规律；(3)隧道埋深和注浆对现有桥梁结构的影响规律。研究的主要成果如下：
　　(1)盾构同时穿越砂土和全风化花岗岩组合的复杂地层，由于两土层间物理力学性质差别大，刀盘削土扰动容易引发砂土液化；同时，上软下硬土层有着不同的切削难易程度，砂土易于切削并迅速进入泥土舱，而岩层难以破碎，这直接影响着开挖面的土压平衡建立。施工中通过控制左右区顶力的平衡来保证轴线精度。同时将下区顶力控制为上区顶力的2.1倍，保证开挖面的稳定。
　　(2)本研究分析了盾构穿越高架桥前后的施工参数变化，研究表明：盾构穿越高架桥时，维持刀盘扭矩不变，分别将顶推力和土舱压力提高3.6％、6.7%，可将桥墩沉降量控制在5mm限制内，确保桥梁结构安全。
　　(3)本研究通过分析工程实测数据研究了双线盾构施工环境的影响规律。实测结果表明：
　　①地面沉降历程与盾构机头位置相关，在盾构机头通过测点后沉降增长较快，增长速率小于0.85mm/天；每个测点的最终沉降量与切口通过该测点时的掘进速度有关，掘进速度快的测点沉降量相对较小，掘进速度慢的测点沉降量相对较大，即使掘进速度降至0(换刀期间)，沉降也会持续发展。
　　②土体深层沉降在盾构机头通过测点前后约15天内发展明显，以位于隧道埋深附近9~15m的土体沉降最大，随着深度的增加，沉降量逐渐减小。
　　③土压力在盾构机通过测点前后5~10天内出现波动，以深度9.5m~12.5m深度处土压力变化最大。不同深度处土压力或涨或降，最大涨幅28.5%，最大降幅17.9%。
　　(4)数值分析成果表明，地层损失率对土体变形、衬砌内力有较大的影响。并进一步研究了隧道埋深和注浆对桩基的影响，成果表明：
　　①地层损失对土体变形和隧道内力的影响是非线性的；地层损失率大于2.0%时，土体变形急剧发展；在双线隧道施工中，应尽量减小双线地层损失的差值；同时控制每条隧道的地层损失率不宜大于1.4%。
　　②桩顶沉降随着隧道埋深的增加而减小，随着注浆长度的增大而减小；在广东地区砂土和全风化花岗岩组合的特有地质条件下，隧道最优埋深为12~16m，而注浆长度不宜大于8m。

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第1章绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的

1.3 研究内容

1.4 技术路线

1.5 学位论文构成

第2章盾构穿越高架桥研究方法综述

2.1 引言

2.2 地面变形机理

2.3 施工注浆

2.4 现有研究方法

2.5 本章小结

第3章工程概况

3.1 引言

3.2 工程概况

3.3 工程关键技术点

3.4 本章小结

第4章盾构穿越过程中的环境效应影响

4.1 引言

4.2 现场监测的方案布置

4.3 A线现场实测数据分析

4.4 B线现场实测数据分析

4.5 施工参数

4.6 本章小结

第5章数值模拟分析及参数优化

5.1 引言

5.2 数值分析模型的建立

5.3 盾构未穿越桩基段时计算结果

5.4 盾构穿越桥梁桩基段施工参数优化

5.5 本章小结

第6章结论与建议

6.1 主要结论

6.2 进一步研究的建议

参考文献

致谢

个人简历 攻读学位期间的学术成果

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