新建地铁下穿既有区间隧道的暗挖工法对沉降变形的影响分析

摘要

随着中国“十三五”规划的推进和大中型城市人口规模的增加，地铁已成为缓解城市交通压力、带动区域经济增长、造福民生的重要工具。地铁隧道的下穿在地铁修建过程中不可避免，如果设计施工不当，会使得隧道上方既有结构产生较大的变形，影响既有线的运营和结构安全甚至造成灾难性事故
　　本文通过数据统计、理论分析、数值模拟和现场监测等手段，分析研究了北京地铁区间隧道下穿过程中的地表和既有结构的变形规律以及暗挖工法的比选，并结合北京地铁6号线平北区间下穿既有地铁4号线区间隧道工程实例作验证，主要的工作及成果如下:
　　(1)在单线隧道开挖引起的地表沉降方面，根据单线隧道开挖的地表沉降规律，从三维动态分析，提出了地表沉降槽叠加理论，得到了沉降槽叠加公式，并通过建模和经验数据的对比，论证了该理论的可行性。
　　(2)结合单线隧道的沉降槽理论，对双线近距隧道中的围岩参数、隧道埋深和净距对沉降槽的影响作了研究，通过数值模得到了不同埋深下的“W型”、“U型”和“V型”沉降槽和净距的关系，以“U型”沉降槽为标准，提出了不同围岩条件和埋深下的最佳净距标准。并在相同的围岩条件、净距和埋深下，对比了三种不同断面下，隧道开挖引起的地表沉降槽大小，并分析了各自的特点和优劣。
　　(3)结合温克尔弹性地基梁模型、围岩松动圈理论和收敛约束法，分析了既有线在下穿段支撑弹性卸荷过程，并根据隧道开挖的历史过程，对下穿工程中夹层土和既有线的应力应变作了分析，结合三种不同隧道断面的特点，给出了不同围岩条件和夹层土厚度时划分范围。
　　(4)基于划分的范围，结合北京地铁所在地层的特点，针对三种断面隧道和工法，分别作了下穿既有线工程的数值模拟，对比了三种隧道在下穿中的地表和既有线变形，给出了合理的断面比选。
　　(5)结合具体的工程实例，根据监测的地表和既有线的变形数据，绘制了变形的整体曲线和历时曲线，分析了变形的规律，并通过与前文中模型数据对比，阐明了数值计算和实测的关系，对本文研究作了验证。

目录

声明

致谢

摘要

1．1．1 地铁建设的大发展

1．1．2 地铁线路穿越的原因

1．1．3 地铁隧道区间穿越中的问题

1．1．4 本研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外典型案例

1．2．2 研究方法和研究现状

1．3 目前研究中存在的问题

1．4 研究内容

1．5 研究思路

1．6 研究方法和技术路线

2 不同断面下的隧道暗挖工法对地表沉降的影响因素分析

2．1 引言

2．2 数值计算的理论和原理

2．3 有限元结构模型的选取

2．4 模型材料参数的选取

2．5 模型的建立和施工步设计

2．5．1 圆形隧道盾构法施工

2．5．2 马蹄形隧道暗挖台阶法施工

2．5．3 平顶直墙隧道暗挖CRD法施工

2．6 地表沉降槽的成因分析

2．6．1 隧道开挖引起的应力释放

2．6．2 隧道开挖引起地层损失

2．7 单线隧道开挖引起地表沉降的关键因素研究

2．7．1 埋深对地表沉降的影响

2．7．2 围岩参数对地表沉降的影响

2．7．3 开挖进尺对地表沉降的影响

2．7．4 支护时间对地表沉降槽的影响

2．8 双线隧道开挖引起地表沉降的关键因素研究

2．8．1 埋深和围岩参数对地表沉降的影响

2．8．2 间距和围岩参数对地表沉降的影响

2．8．3 埋深和隧道净距对地表沉降的影响

2．9 不同隧道断面和开挖方法对地表沉降的影响分析

2．9．1 三种施工方法时整体围岩沉降对比

2．9．2 三种施工方法引起的地表沉降槽对比分析

2．10 本章小结

3 隧道下穿施工中夹层土对既有线变形的影响分析

3．1 引言

3．2 夹层土持力原理

3．3 下穿后既有隧道应力变化

3．4 下穿后夹层土竖向应力变化

3．5 夹层土厚度和竖向应力的关系

3．6 不同夹层土厚度下的工法选择

3．7 本章小结

4 不同断面下的暗挖工法隧道相互下穿的变形研究

4．2 隧道下穿工程的地层应力变化

4．3 隧道下穿工程的主要控制因素

4．4 隧道下穿工程的主要控制标准

4．5 隧道参数的选取和施工工况

4．6 三种工法分别下穿既有盾构隧道

4．6．1 对地表的影响分析

4．6．2 对既有隧道结构的影响分析

4．7 三种工法分别下穿既有马蹄形隧道

4．7．1 对地表的影响分析

4．7．2 对既有隧道结构的影响分析

4．8 三种工法分别下穿既有平顶直墙隧道

4．8．1 对地表的影响分析

4．8．2 对既有隧道结构的影响分析

4．9 既有结构断面对既有线变形的影响

4．10 隧道断面对纵向刚度的影响

4．11 本章小结

5 台阶法隧道下穿盾构隧道工程实测和理论对比分析

5．1 引言

5．2 工程项目和地质参数

5．3 隧道穿越的情况和加固措施

5．4 地表变形的监控量测结果

5．4．1 地表的测点布置和量测

5．4．2 地表最大沉降值的变化

5．4．3 地表沉降槽的变化曲线

5．5 既有隧道变形的监控量测结果

5．5．1 既有结构测点布置和量测结果

5．5．2 既有结构整体变形情况

5．5．3 既有结构和地表变形对比

5．5．4 既有结构变形历时曲线

5．6 实测数据和理论值的对比

5．6．1 地表沉降对比

5．6．2 既有隧道变形对比

5．7 本章小结

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

作者简历

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