先隧后站明挖法施工对既有盾构区间隧道的影响研究

摘要

随着盾构法在城市地下轨道交通建设中的应用和发展,有学者提出了使用明挖法在既有盾构区间隧道位置新建地铁车站的施工方案,即先隧后站明挖法施工技术,以此解决传统“先站后隧”工序降低了盾构机利用率和地铁全线施工速度的问题。考虑到先隧后站明挖法在施工过程中会对既有盾构区间隧道围岩的应力场造成扰动,同时车站基坑内部盾构隧道管片的拆除会对车站基坑端部外侧既有盾构区间隧道的内力和变形产生影响,因此,研究先隧后站明挖法施工过程对既有盾构区间隧道的影响成为了一个重要课题。本文结合北京地铁某线路盾构先行条件下新增地铁车站工程,通过数值模拟计算结合对比现场监测数据的方法分析了先隧后站明挖法施工对既有盾构区间隧道的影响规律。主要研究内容如下:(1)建立了先隧后站明挖法地铁车站基坑施工过程的数值模型,并对比了现场地表沉降监测数据和围护结构墙顶水平位移监测数据,验证了数值模型的可靠性。(2)使用已经建立的数值模型,开展了先隧后站明挖基坑施工对既有盾构区间隧道变形的影响规律研究。结果表明:车站基坑端部内侧既有盾构隧道随基坑开挖呈现出不断上浮的变形规律,同时靠近基坑两侧地连墙位置的坑内盾构隧道管片产生了较大的水平变形。在坑内盾构隧道管片拆除前,车站基坑端部外侧既有盾构隧道随基坑开挖呈现出不断上浮的变形规律;在坑内盾构隧道管片拆除后,车站基坑端部外侧既有盾构隧道随基坑开挖呈现出不断下沉的变形规律,同时坑内盾构隧道管片的拆除导致车站基坑端部外侧既有盾构隧道向坑内的纵向变形增大;另外在基坑开挖至距既有盾构隧道顶部约1倍隧道外径后,车站基坑端部外侧既有盾构隧道产生了隆起现象。(3)为了控制坑外既有盾构隧道的竖向变形,开展了坑外盾构隧道围岩注浆加固参数(注浆固结体弹性模量)和洞外注浆加固范围对坑外既有盾构隧道竖向变形影响规律的研究,并得出了注浆加固体弹性模量和洞外加固范围的合理区间。(4)为了控制坑外既有盾构隧道的纵向变形,对坑内盾构隧道管片拆除方案进行了优化,通过增加地连墙和咬合桩厚度以及减少一道内支撑的方式,解决了内支撑架设与坑内既有盾构隧道位置冲突的问题,并且利用了坑内既有盾构隧道管片结构对基坑纵向的支撑作用,使得车站基坑端部外侧既有盾构隧道在先隧后站明挖法施工后期的纵向变形更加均匀,进而对控制车站基坑端部外侧既有盾构隧道纵向变形起到了有利影响。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究综述

1.2.1 盾构区间扩挖施工技术

1.2.2 盾构区间扩挖影响研究

1.3 研究内容

1.4 创新点

1.5 技术路线

2 先隧后站明挖基坑施工数值模拟研究

2.1 工程概况

2.1.1 工程地质条件

2.1.2 水文地质条件

2.1.3 施工方案

2.1.4 咬合桩工法在先隧后站明挖法施工过程中的应用

2.2 模型建立

2.2.1 计算假定

2.2.2 模型计算范围

2.2.3 模型边界条件

2.2.4 地质条件及施工参数

2.2.5 计算步骤

2.3 数值模拟结果及现场监测数据对比分析

2.3.1 基坑周边地表沉降对比分析

2.3.2 围护结构水平位移对比分析

2.4 本章小结

3 车站基坑施工对既有盾构区间隧道的影响规律研究

3.1 基坑开挖对坑内既有盾构隧道的影响分析

3.1.1 对坑内既有盾构隧道竖向变形的影响

3.1.2 对坑内既有盾构隧道水平变形的影响

3.1.3 对坑内盾构管片内力的影响

3.2 基坑开挖对坑外既有盾构隧道的影响分析

3.2.1 对坑外既有盾构隧道竖向变形的影响

3.2.2 对坑外既有盾构隧道纵向变形的影响

3.2.3 对坑外盾构管片内力的影响

3.3 本章小结

4 坑外既有盾构隧道变形控制研究

4.1 注浆加固措施对坑外既有盾构隧道竖向变形的影响分析

4.1.1 注浆固结体弹性模量对坑外既有盾构隧道竖向变形的影响

4.1.2 洞外注浆加固范围对坑外既有盾构隧道竖向变形的影响

4.2 坑内盾构隧道管片拆除方案对坑外既有盾构隧道纵向变形的影响分析

4.2.1 优化方案概述

4.2.2 基坑支护结构内力及位移对比分析

4.2.3 坑外地表沉降对比分析

4.2.4 坑外既有盾构隧道纵向变形对比分析

4.3 施工优化方案的重点监测内容设计

4.3.1 坑外既有盾构隧道管片变形与位移

4.3.2 坑外地表沉降

4.3.3 基坑内支撑轴力

4.3.4 地连墙水平位移

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献