淺埋暗挖法隧道上穿既有盾構(gòu)隧道的變形控制研究.pdf

1、隨著城市人口的急速膨脹，城市地下空間的集約式利用使得地下結(jié)構(gòu)之間相互的影響問題日益突出。本文在總結(jié)新建工程穿越既有城市軌道交通工程經(jīng)驗(yàn)和研究成果的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合北京CBD地區(qū)銀泰至航華大斷面地下過街人行通道上穿地鐵10號線工程，通過理論分析、數(shù)值計(jì)算、室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法，系統(tǒng)研究了淺埋暗挖隧道上穿既有盾構(gòu)隧道的變形規(guī)律及受力情況，并提出了相應(yīng)的變形控制措施，主要工作及研究成果如下:
　　(1)通過三維數(shù)值模擬計(jì)算和

2、室內(nèi)模型試驗(yàn)，得到既有盾構(gòu)隧道變形的總體規(guī)律，預(yù)測得到既有隧道的上浮值。隨著上部隧道的開挖，既有隧道結(jié)構(gòu)的變形經(jīng)歷了先上浮后回落，速率先大后小，并逐漸趨于穩(wěn)定的過程。通過室內(nèi)模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在既有隧道和上方隧道交匯斷面處，土壓力減小值要明顯大于交匯斷面兩側(cè)處的土壓力減小值，且上下側(cè)土壓力值差也較大，說明交匯斷面上浮較大，驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)論。據(jù)此初步確定了合理的隧道開挖方案和土層加固方案。
　　(2)基于正交試驗(yàn)理論構(gòu)建正交試驗(yàn)，研究表明

3、覆跨比、夾土層厚度對隧道上浮值具有顯著影響。結(jié)合實(shí)際工程特點(diǎn)，提出了此正交試驗(yàn)應(yīng)以拱頂上浮值、拱底上浮值、隧道徑向相對位移、隧道豎向相對位移4項(xiàng)作為評價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果方差分析和極差分析表明:夾土層厚度是上穿施工時(shí)既有隧道變形程度的最重要影響因素，為合理的注漿設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　(3)建立了上穿既有隧道施工的解析模型，推導(dǎo)得出了上部卸載情況下既有盾構(gòu)隧道橫向變形曲率的計(jì)算公式，并分析了實(shí)際工程中既有隧道的橫截面安全性。建立了上部卸

4、載情況下既有隧道縱向受力模型，分別推導(dǎo)了單彈簧模型和雙彈簧模型下上部卸載引起的既有隧道撓度、轉(zhuǎn)角、彎矩、剪力，結(jié)合實(shí)際工程分析了雙彈簧模型的適用性，研究表明單彈簧模型比雙彈簧模型計(jì)算得到的隧道上浮值要大。
　　(4)通過現(xiàn)場監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn):大斷面通道上穿施工引起的既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形總體以上浮為主、結(jié)構(gòu)自身變形較小，隧道結(jié)構(gòu)豎向位移、水平收斂及道床結(jié)構(gòu)豎向位移的變化規(guī)律一致，均經(jīng)歷了快速上升區(qū)、急速回落區(qū)、波動(dòng)下降區(qū)及后期波動(dòng)穩(wěn)定區(qū)

5、4個(gè)階段。在工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、夾土層厚度基本相同條件下，上穿西線隧道的通道覆跨比0.75、上穿東線隧道的通道覆跨比0.95的情況下，而通道施工引起的既有隧道的豎向變形量東線2.3mm要明顯的小于西線隧道4.1mm，可見覆跨比越大隧道的上浮值越小，正交試驗(yàn)分析結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果一致。
　　(5)基于對既有盾構(gòu)隧道的工前狀況檢測，掌握了既有隧道的狀態(tài)，依托數(shù)值分析的預(yù)測，利用變位分配原理對新建隧道施工過程進(jìn)行控制，成功的控制了既