北京某地铁盾构下穿既有铁路沉降影响及施工优化分析

摘要

随着城市轨道交通的快速发展，盾构法施工在地铁建设中得到越来越广泛的应用，盾构穿越铁路工程日渐增多。然而，在盾构施工过程中会对土体造成扰动，难以避免的引起地层损失，进而导致地表沉降的发生，这将对既有线轨道结构以及周边的重要建筑设施产生一定的影响，而列车运行速度的提高又对线路的平顺和稳定提出了更高的要求，在这种背景下，分析盾构隧道下穿既有铁路产生的影响，并提出合理的施工优化方案，对保障列车的安全运营以及工程的顺利进行是很有必要的。
　　本文以北京地铁盾构下穿既有国铁工程为例，通过使用有限元软件对盾构穿越施工进行模拟，并与实际工程监测结果进行对比分析，提出优化施工的有效措施。本文主要开展的研究工作如下:
　　(1)采用ANSYS有限元软件，建立地层—结构三维模型，模拟盾构穿越施工对既有铁路路基及地道桥造成的影响，并分析了不同工况下既有铁路及地道桥的沉降变形规律;
　　(2)对工程的实际监测数据进行整理和分析，得到在施工过程中既有铁路路基、地道桥、影响范围内电气化接触网杆及临近建筑物在盾构穿越过程中的实际沉降变形规律;
　　(3)将理论模拟的结果与实际监测结果进行对比分析，验证模型的准确性，并通过调整模型的参数，对施工进行优化，提出控制既有铁路沉降变形的有效措施，保障列车的行车运营安全与施工的顺利进行。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

2 盾构施工及自动化监测技术

2．1 盾构施工技术

2．2 盾构施工特点

2．3 盾构沉降影响因素

2．4 盾构隧道开挖对土体及既有结构物影响

2．5 有限元基本理论及ANSYS软件应用

2．6 自动化监测技术的发展及现状

2．6．1 自动化技术在国内外的发展

2．6．2 自动化监测的必要性和目的

2．6．3 自动化观测设备主要技术

2．7 自动化监测原理

2．7．1 自动化监测系统

2．7．2 自动化监测原理

3 盾构穿越既有铁路工程概况与模型建立

3．1 工程概况

3．1．1 新建地铁区间概况

3．1．2 新建区间与既有国铁位置关系

3．1．3 既有国铁线路概况

3．1．4 既有铁路地道桥概况

3．1．5 结构设计及盾构施工工法

3．2 工程地质及水文地质概况

3．2．1 工程地质概况

3．2．2 水文地质概况

3．3 地层加固概况

3．3．1 地表注浆加固

3．3．2 扣轨加固

3．4 既有线监测方案

3．4．1 风险源及监测重点

3．4．2 现场监测频率

3．4．3 监测点布置

3．4．4 监测方法

3．5 三维有限元模拟

3．5．1 模型建立

3．5．2 计算基本假定

3．5．3 参数的选取

3．5．4 施工步序模拟

3．6 本章小结

4 盾构穿越施工引起既有结构变形模拟分析

4．1 盾构穿越引起既有铁路路基变形规律模拟分析

4．2 盾构穿越引起既有地道桥变形规律模拟分析

4．3 本章小结

5 盾构穿越既有铁路监测数据研究与分析

5．1 既有路基监测数据分析

5．1．1 路基沉降自动化监测数据分析

5．1．2 路基沉降人工监测数据分析

5．1．3 自动化监测与人工监测的对比

5．2 既有地道桥监测数据分析

5．3 电气化接触网杆及邻近建筑物监测数据分析

5．3．1 影响范围内电气化接触网杆监测数据分析

5．3．2 临近建筑物监测数据分析

5．4 本章小节

6 沉降影响对比分析与施工优化

6．1 盾构施工对既有铁路路基的沉降影响对比分析

6．2 盾构施工对既有地道桥的沉降影响对比分析

6．3 盾构穿越既有铁路过程中的施工优化

6．3．1 不同掘进方式的影响

6．3．2 地表注浆的影响

6．3．3 扣轨加固的影响

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历

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