城市隧道施工影响下地层与建筑物结构的动态作用关系及其应用研究

摘要

采用浅埋暗挖法进行城市地下工程施工时，隧道开挖产生的地层变形及应力释放必然会对周边环境产生一定程度的扰动，而由于城市环境的复杂性，隧道施工将不可避免地穿越大量既有建筑物，对其安全及正常使用造成破坏性影响。随着我国城市地下工程建设高潮的到来，这种现象将越来越多，所带来的问题也将更加突出。因此，研究浅埋暗挖隧道施工对邻近建筑物的影响及其控制具有重要的现实意义。
　　 本论文在对国内外相关文献资料进行广泛调研的基础上，以厦门机场路一期工程JC3标段隧道穿越地表复杂建筑物群工程为背景，采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法，对城市隧道浅埋暗挖法穿越既有建筑物工程所涉及的基础理论及关键技术等核心问题进行了系统深入的研究，取得了以下主要成果：
　　 (1)针对浅埋暗挖法穿越既有建筑物施工特点，提出了隧道-土体-建筑物的动态相互作用关系，明确指出隧道施工对建筑物产生影响是通过地层变形及其传递来实现的，地层变形是隧道穿越施工中建筑物安全性控制的关键。
　　 (2)依据隧道开挖地层变形机理，重点对变形地层与建筑物基础的动态相互作用展开了研究，并结合地层变形破坏的特点，研究了不同地层变形模式下建筑物基础的变形特点及受力机理，提出了相应的计算模型及其控制方法。
　　 (3)结合工程监测及理论研究，系统分析了建筑物结构变形破坏的特点及其主要破坏模式，并进一步以砖混结构和框架结构为例，分析了建筑物在地层变形下的响应规律及其主要影响因素。
　　 (4)以建筑物变位控制标准的研究为重点，提出了控制指标系统化的思想和方法，在此基础上，建立了控制标准制定的原则和工作程序，并结合工程实际，真实、详尽地阐述了控制标准的应用特点。
　　 (5)提出了建筑物安全风险评估的基本内容和方法，并以地层及建筑物结构变位的过程控制和以注浆抬升为主要途径的过程恢复为重点，从理论分析和工程应用两方面进行了深入研究。
　　 (6)以上述研究成果为基础，以风险辨识、风险评估、风险应对和风险监控四个方面作为关键支撑，形成了系统的城市隧道穿越建筑物施工风险控制体系，并将该体系在厦门机场路隧道穿越复杂建筑物的实际工程中进行了成功应用。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪 论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 隧道施工地层变形影响研究

1.2.2 土体与结构的相互作用研究

1.2.3 建筑物沉降破坏影响及评价研究

1.2.4 地层沉降及建筑物变形控制研究

1.3 研究中存在的问题

1.4 论文研究内容、思路及方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究思路

1.4.3 研究方法

1.5 论文的创新点

2 变形地层与建筑物基础的动态相互作用关系

2.1 隧道-土体-建筑物动态相互作用体系

2.2 城市浅埋暗挖隧道施工地层变形

2.2.1 地层变形分布特征

2.2.2 地层变形破坏典型模式

2.2.3 地层变形控制的基本原理和方法

2.3 变形地层与建筑物基础的动态相互作用

2.3.1 建筑物地基变形特征

2.3.2 变形地层与建筑物基础动态相互作用特点

2.3.3 基础埋深及刚度的影响

2.4 基础变形分析

2.4.1 连续变形情况

2.4.2 离层情况

2.5 本章小结

3 建筑物结构对地层变形的响应规律

3.1 建筑物结构变位破坏主要模式

3.1.1 建筑物整体沉降

3.1.2 建筑物倾斜

3.1.3 建筑物结构开裂

3.2 基于动态相互作用的建筑物结构响应规律分析

3.2.1 基本思路

3.2.2 地表无建筑物情况

3.2.3 砖混结构模拟分析

3.2.4 框架结构模拟分析

3.3 地表及建筑物沉降影响因素分析

3.3.1 建筑物刚度及重量的影响

3.3.2 隧道与建筑物相对位置关系的影响

3.3.3 隧道断面尺寸及开挖进尺的影响

3.4 本章小结

4 建筑物变位控制标准的确定方法

4.1 控制标准的研究现状

4.2 控制指标的系统化选择

4.3 控制标准的制定

4.3.1 基本原则

4.3.2 工作程序

4.3.3 控制标准的应用特点

4.4 工程应用分析

4.4.1 厦门机场路隧道穿越复杂建筑物工程概况

4.4.2 建筑物控制指标及其标准值的确定

4.4.3 计算结果

4.5 本章小结

5 建筑物结构安全性预测及风险评估

5.1 隧道穿越建筑物施工方案优化

5.1.1 总体施工方案优化

5.1.2 具体施工步序优化

5.1.3 预加固方案优化

5.2 建筑物现状安全风险评估

5.2.1 现状调查

5.2.2 剩余变形能力评估及附加变形预测

5.2.3 安全风险等级划分

5.3 本章小结

6 城市隧道穿越建筑物施工的风险控制体系及其应用

6.1 风险控制体系的建立

6.2 地层及建筑物结构变位分配的原理和方法

6.2.1 地层及建筑物变位的特点

6.2.2 变位分配的力学原理

6.2.3 变位分配方法

6.3 基于动态控制理论的过程控制

6.3.1 过程控制的方法

6.3.2 过程控制技术措施

6.4 风险控制体系的工程应用

6.4.1 厦门机场路隧道穿越复杂建筑物工程风险控制总体思路

6.4.2 重点建筑物34#楼的过程控制

6.5 本章小结

7 建筑物变位的过程恢复理论及其应用

7.1 过程恢复原理及影响因素

7.1.1 建筑物结构变位过程恢复的特点

7.1.2 主要影响因素

7.2 注浆抬升作用机理

7.3 地层充填密实阶段

7.3.1 特点及作用

7.3.2 理论分析

7.4 止浆围护形成阶段

7.4.1 特点及作用

7.4.2 理论分析

7.5 抬升力形成阶段

7.5.1 抬升力形成机理

7.5.2 注浆抬升能量分析

7.5.3 注浆抬升土体应力分析

7.5.4 现场注浆观测分析

7.6 建筑物结构抬升阶段

7.6.1 抬升力求解

7.6.2 抬升量分析及预测

7.6.3 建筑物结构的稳定抬升

7.7 注浆抬升关键施工技术

7.7.1 抬升施作时机、孔位布置及抬升方式确定

7.7.2 注浆压力、注浆量及抬升速率控制

7.7.3 抬升方案优化及施工紧急预案制定

7.7.4 抬升效果评价

7.8 注浆抬升方法在厦门机场路隧道穿越34#楼中的应用

7.8.1 注浆抬升方案制定及实施

7.8.2 效果分析评价

7.9 本章小结

8 结论与展望

8.1 主要结论

8.2 展望

参考文献

作者简历

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