小间距盾构重叠隧道安全施工控制技术研究

论文摘要

由于受城市交通走廊的制约,城市地下铁道区间隧道往往不得不采用重叠隧道穿越,而盾构施工越来越多,因此小间距盾构重叠隧道屡见不鲜。考虑到盾构重叠隧道的设计和施工的难度和影响范围与单一盾构隧道的区别,同时盾构法也与矿山法施工截然不同。本文在总结前文基础上,综合考虑开挖面支护压力、盾构千斤顶推力和刀盘扭矩、盾壳与土体的摩擦力、盾构超挖、盾尾空隙、盾尾注浆、注浆体的硬化等因素,并对盾构机施工过程力和扭矩详尽分析,合理模拟盾构施工。本文并结合深圳地铁三号线红老、老晒区间盾构隧道,从以下几个方面进行了研究：(1)通过国内外小间距地铁隧道施工调研优劣比较,并结合数值模拟,提出盾构法施工深圳地铁三号线重叠隧道。(2)对盾构施工过程各种力及力矩深入剖析,并从四个阶段模拟盾构施工过程,建立了能全面反映盾构隧道掘进全过程的三维模拟方法。通过对先上后下和先下后上两种施工顺序中地层位移、应力、管片内力等各方面比较,确定了先下后上的施工顺序。(3)结合深圳地铁3号线红岭中路站～老街站～晒布站区间房屋与隧道位置关系,分析房屋荷载情况下施工顺序优劣及对房屋破坏的影响,找出需加固的房屋,并进行房屋保护措施进行力学计算分析。(4)以深圳地铁为背景,分析三种主要工况(水平平行、竖直重叠、斜交45度)两隧道不同位置关系时的横向影响程度,并以此分区,同时纵向上考虑影响距离,得出盾构重叠隧道横纵向近接影响分区图表。(5)提出施工期间先施工隧道的保护措施,并对比计算“十字撑”和“液压台车“加固方案,选出合适的加固措施。(6)结合工程列车参数,进行运营时的列车动荷载计算。(7)通过计算提出适合本工程的监控量测项目及测量标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 小间距盾构隧道研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地层位移研究
• 1.2.2 小间距近接影响研究
• 1.3 本位依托工程背景
• 1.3.1 工程概况
• 1.3.2 周边建筑环境
• 1.3.3 地质概况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 盾构隧道施工过程的三维模拟技术
• 2.1 盾构施工简介
• 2.1.1 土压平衡盾构施工原理
• 2.1.2 土压平衡盾构施工技术环节
• 2.1.3 土压平衡盾构施工位移变形阶段
• 2.2 盾构施工过程荷载分析
• 2.2.1 推进机构荷载
• 2.2.2 驱动机构荷载
• 2.2.3 盾构自重荷载
• 2.2.4 管片刚度考虑
• 2.3 盾构施工数值模拟方法
• 2.4 小结
• 第3章 重叠隧道施工方法选择
• 3.1 重叠隧道施工方法调查比较
• 3.1.1 国内外调研比较
• 3.1.2 调研比较结论
• 3.2 数值计算比选
• 3.2.1 计算概况
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.3 小结
• 3.3.1 调研比较小结
• 3.3.2 数值计算小结
• 第4章 盾构重叠隧道施工顺序选择
• 4.1 计算概况
• 4.1.1 计算模型
• 4.1.2 计算工况及研究断面
• 4.2 上下重叠段计算结果
• 4.2.2 先上后下计算结果
• 4.2.3 先下后上计算结果
• 4.3 斜交45度段计算结果
• 4.3.1 先上后下计算结果
• 4.3.2 先下后上计算结果
• 4.4 小结
• 第5章 盾构重叠隧道施工引起的地表沉降规律及房屋保护措施
• 5.1 房屋基本情况
• 5.2 房屋荷载下地表沉降计算
• 5.2.1 计算模型及房屋荷载分析
• 5.2.2 重叠段地表沉降规律
• 5.2.3 斜交45度段地表沉降规律
• 5.3 区间房屋保护
• 5.3.1 房屋沉降破坏方式
• 5.3.2 房屋沉降破坏控制标准
• 5.4 加固辅助措施
• 5.4.1 房屋变形辅助措施介绍
• 5.4.2 辅助措施计算
• 5.5 小结
• 第6章 盾构重叠隧道交互影响分区
• 6.1 计算分区概况
• 6.1.1 计算模型及工况
• 6.1.2 分区准则
• 6.2 横向分区
• 6.2.1 水平平行
• 6.2.2 斜交45度
• 6.2.3 竖直重叠
• 6.2.4 横向分区结论
• 6.3 纵向分区
• 6.3.1 水平平行
• 6.3.2 斜交45度
• 6.3.3 竖直重叠
• 6.3.4 纵向分区结论及应用
• 6.4 小结
• 第7章 盾构先行隧道在后行隧道施工期间保护措施
• 7.1 隧道施工基本情况
• 7.1.1 加固及支撑介绍
• 7.1.2 加固方案比较
• 7.2 重叠段加固方案计算
• 7.2.1 计算概况
• 7.2.2 计算结果
• 7.2.3 计算结果比较
• 7.3 小结
• 第8章 列车振动对重叠隧道的影响
• 8.1 研究情况
• 8.1.1 模型及边界
• 8.1.2 计算参数及荷载
• 8.1.3 研究控制点
• 8.2 列车振动对结构内力影响
• 8.2.1 列车振动对夹土层主应力影响
• 8.2.2 列车振动对管片内力影响
• 8.3 列车振动对位移影响
• 8.3.1 列车振动对夹土层位移影响
• 8.3.2 列车振动对洞周位移影响
• 8.4 小结
• 第9章 盾构重叠隧道施工监测方法及控制标准
• 9.1 盾构隧道监测
• 9.1.1 盾构隧道监测目的
• 9.1.2 监测方案设计原则
• 9.2 盾构重叠隧道监测项目确定
• 9.2.1 监测内容
• 9.2.2 监测点位布置
• 9.3 盾构重叠隧道监测项目控制标准
• 9.3.1 位移量测频率
• 9.3.2 位移量控制标准
• 9.3.3 内力控制标准
• 9.4 小结
• 结论及建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目