浅埋暗挖法下穿既有地铁构筑物关键技术研究与实践

摘要

本文在广泛研究中外文献基础上，借鉴以往成功的工程经验，加以提炼、总结，对隧道下穿既有地铁建(构)筑物这类工程问题所涉及的核心技术问题、采取的主要技术措施和管理方法等系统化。并结合北京地铁五号线下穿既有2号线区间隧道的工程实例，着重将隧道下穿既有地铁线这类工程问题，从决策、设计和浅埋暗挖法施工的角度，对既有结构物的动态响应规律、新旧结构物的合理间距、既有地铁变位的过程控制和工后的恢复等方面进行深入的研究。 (1)通过以上研究，取得了一系列有益于理论和实践的研究成果。在总结分析前人的基础上，针对穿越既有线工程的主要问题一相互作用和控制目标-工程安全，分析要达到该目标在工程各个阶段需要进行的工作，提炼成5大技术要点，组合成-套完整的穿越既有线的关键技术体系；并针对各个技术要点，分别进行研究； (2)通过分析新建隧道开挖产生地层变形-既有结构-轨道三者的相互作用关系，总结既有结构和轨道的变形规律，以及二者之间可能发生的破坏类型，并对各个方面进行评价，形成穿越工程中既有地铁构筑物的破坏模式。穿越工程中可以依据确定的施工方法给出施工过程中既有结构的控制标准；也可以根据既有结构的控制标准，调整新建隧道的施工方案，最终通过对新建结构施工控制，达到控制既有结构的目的。施工过程中及时进行反馈，对整个工程实行全过程控制，以确保工程安全； (3)分别应用轨道振动力学模型、车辆-轨道耦合动力学模型，考虑既有列车振动对于新建地铁的影响、新建隧道开挖对既有列车安全性和限速的影响以及新、旧地铁结构的间距大小对于二者相互作用的影响，给出了新建地铁与既有地铁构筑物的合理间距确定方法及过程，对于类似穿越工程的设计决策有重大意义： (4)应用能量理论，分析了各个施工步序产生变位的规律，分配制定了崇文门地铁5号线穿越既有线施工的分步沉降控制指标体系；通过分析新建隧道穿越既有隧道的特点，结合既有列车的轨道正常运行要求，确定既有地铁结构的监控量测方案。及时分析、反馈，确保既有结构的安全； (5)揭示并提出了既有地铁注浆抬升机理，进行了对施工过程中既有地铁抬升注浆的实施和参数研究，为以后类似工程提供参考； (6)通过在地铁5号线崇文门车站中对穿越既有线关键技术体系进行成功应用，验证了本论文的研究思想和成果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1．1问题的提出

1．2国内外研究现状及存在问题

1．2．1研究方法

1．2．2穿越既有线工程的系统研究

1．2．3穿越既有线工程的实例

1．3本文研究内容、方法及技术路线

1．3．1本文研究内容

1．3．2研究方法

1．3．3研究思路

1．4论文的创新点

2穿越既有地铁构筑物的关键技术体系

2．1既有地铁构筑物变形及其控制体系

2．2隧道施工穿越既有地铁构筑物的技术要点

2．3浅埋暗挖穿越既有地铁构筑物工作流程

2．3．1穿越施工前的技术工作

2．3．2穿越过程中的技术工作

2．3．3穿越施工后的技术工作

2．4小结

3新建浅埋暗挖隧道与既有地铁构筑物合理间距的确定

3．1前言

3．2夹层土体厚度对于既有隧道列车振动传播的影响

3．2．1列车荷载的传播与夹层土体的关系

3．2．2既有列车振动荷载对于混凝土强度的影响

3．2．3考虑振动荷载传播的夹层土体合理厚度

3．3夹层土体厚度在新建隧道施工对既有隧道影响中的作用

3．3．1开挖产生的地层沉降产生轨道不平顺

3．3．2新建隧道开挖产生既有地铁结构沉降计算

3．3．3不平顺对于车辆的影响

3．3．4行车安全性评价

3．3．5考虑行车安全性的合理夹层土体厚度

3．4穿越工程中合理间距的确定

3．5本章小结

4既有地铁结构破坏模式分析与评价

4．1前言

4．2既有地铁结构的破坏模式

4．2．1隧道施工引起地层变位

4．2．2既有地铁结构破坏模式分析

4．3既有地铁结构的纵向挠曲计算

4．3．1既有地铁结构纵向变形弹性地基梁模型

4．3．2模型求解

4．3．3既有结构纵向裂缝控制验算

4．4不均匀变形产生的横向截面的压弯

4．4．1纵向变形的剪切传递

4．4．2横向不均匀变形产生弯矩

4．4．3轨道的横向差异沉降

4．5地基链杆法计算轨道变形

4．5．1轨道变形

4．5．2轨道结构与隧道结构的脱离

4．5．3轨道结构的承载力验算

4．6横向扭转

4．6．1结构横向扭剪理论

4．6．2隧道结构的扭转

4．7崇文门穿越工程中既有地铁构筑物评价

4．7．1崇文门工程情况

4．7．2崇文门穿越工程纵向变形计算与评价

4．7．3横截面压弯

4．7．4地基连杆法计算轨道结构的受力及变形

4．7．5横向扭转

4．7．6沉降控制标准的制定

4．8小结

5既有地铁构筑物变位的控制

5．1概述

5．2既有地铁构筑物变位控制原理与方法

5．2．1变位控制原理

5．2．2变位控制方法

5．2．3既有地铁构筑物变位控制曲线的设计

5．2．4施工与监测反馈

5．3变位分配的一般力学原理

5．3．1应力重分布与时间效应

5．3．2应力路径与变位分配

5．4用能量方法研究各开挖步产生沉降

5．4．1弹性应变能的释放与集聚

5．4．2应变能的释放与转移

5．4．3开挖的能量守恒原理

5．4．4损伤中的能量释放率与位移的关系

5．4．5两个圆形洞室开挖分析

5．5崇文门柱洞法施工穿越工程计算

5．5．1建模

5．5．2既有结构分步变位控制标准曲线的设计

5．6本章小结

6注浆抬升既有地铁结构的机理研究

6．1前言

6．2既有地铁结构的抬升措施

6．2．1直接措施

6．2．2间接措施

6．3注浆抬升既有地铁结构机理

6．3．1注浆加固地层方式

6．3．2流体的柱状渗透扩散

6．3．3浆液在地层中的劈裂渗透

6．3．4抬升

6．4崇文门注浆抬升既有地铁几个关键问题的研究

6．4．1注浆压力

6．4．2注浆位置

6．4．3注浆量的控制

6．4．4注浆抬升过程中的其他问题

6．5本章小结

7施工过程中既有地铁构筑物监控量测与分析

7．1监测工作必要性及特点

7．2监测方案制定的原则及测点布置

7.2.1既有地铁构筑物监测的设计

7.2.2布点原则

7.3监测信息反馈

7.4五号线崇文门穿越工程监测分析

7.4.1既有线的变位分析

7.4.2注浆恢复

7.5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

致谢