下穿复杂建筑物盾构法隧道施工技术研究

论文摘要

本文以深圳地铁5号线翻身～灵芝盾构区间隧道下穿碧海花园小区施工为工程依托,通过采用技术调研、理论分析和数值模拟、施工现场配合和现场管片试验等相结合的方法,对盾构隧道施工引起的地表沉降、建筑物桩基位移、管片衬砌力学特性以及盾构掘进控制技术进行了较深入的研究,以此来减小盾构施工对建筑物的影响,也可为今后的地铁工程提供重要的参考价值,主要研究工作和研究成果为：(1)通过对盾构机下穿建筑物开挖过程进行计算机数值模拟,分析了地表的隆沉规律,研究了盾构施工引起的地表沉降以及影响地表沉降的因素。地表隆沉与盾构掘进参数密切相关,适当加大土仓压力和注浆压力能有效控制地表沉降,但其值也不宜过大,否则可能会造成地表隆起。(2)通过对监控量测的数据分析,地表横断面的沉降曲线与正态分布曲线相近,沉降最大值发生在隧道轴线上方。地表横断面内沉降影响范围约为两倍隧道直径,纵断面内主要影响范围为盾构前后方各三倍隧道直径的距离,地表沉降监测结果与数值模拟结果基本吻合。盾构机开挖施工时,上方建筑物除了会产生竖向位移,同时由于盾构机对地层的不规则扰动及偏载等缘故,使得建筑物桩基也产生水平位移,但相较竖向位移,水平位移一般只有垂直位移的1/3。(3)盾构开挖过后,拱顶沉降,拱底隆起,随着盾构的不断推进,已经拼装上的盾构管片的隆沉变形也越来越明显,在管片脱出盾尾时,地表沉降突然增大,而且沉降速率达到最大,因此,对管片脱出盾尾阶段的变形控制是整个盾构施工中控制地表变形的关键。(4)基于施工资料的处理和分析,总结出了一套盾构隧道下穿建筑物的掘进控制技术参数。在穿越建筑物前对盾构机设备检修,制定应急预案,按照“安全、快速、连续”的原则进行施工。合理控制掘进参数,土仓压力应该在计算的基础上预留0.2bar左右的安全量,严格控制出土量,减小超挖量,合理纠偏,以减小盾构掘进引起的土体扰动、地表位移及地层损失；严格控制同步注浆压力和注浆量,注浆量一般为6.0m3/环：加强渣土改良,使渣土具有良好的流塑性,减轻对刀具的摩损,延长刀具的使用寿命。(5)当地质条件不佳时,为保证建筑物的安全,要对建(构)筑物的桩基、地基等的持力层进行预加固或是跟踪注浆,盾构机进时要增大监控量测的频率,监测结果及时反馈至施工环节,进而调整施工参数,做到边施工,边预报,有效防止地层沉降过大过快。(6)在盾构推进过程中,避免建筑物发生隆沉、倾斜,甚至结构破坏的措施,有主动控制措施和被动控制措施两种。主动控制措施是通过对施工参数的优化,从盾构开挖的源头开始采取有关措施来减少对建筑物的不利影响。被动控制措施是通过诸如隔断、托换、土体加固等工程方法来保护周围建筑物。盾构隧道沿线附近的建筑物保护,应首先把重点放在主动控制措施上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 盾构机下穿建筑物计算机仿真的研究现状
• 1.2.2 盾构机下穿建（构）筑物施工技术的研究现状
• 1.2.3 桩基沉降计算理论的研究现状
• 1.3 工程概况
• 1.3.1 翻身～灵芝盾构区间工程概况
• 1.3.2 碧海花园小区简介
• 1.4 本研究的意义、方法与主要内容
• 1.4.1 本研究的目的和意义
• 1.4.2 本研究的方法
• 1.4.3 本研究的主要内容
• 第2章 盾构下穿建筑物变形规律分析
• 2.1 盾构施工对建筑物影响机理分析
• 2.2 影响建筑物沉降的因素
• 2.3 盾构下穿建筑物施工数值模拟分析
• 2.3.1 FLAC数值仿真模拟程序原理
• 2.3.2 盾构隧道开挖过程三维模拟
• 2.3.3 数值模拟计算结果分析
• 第3章 盾构下穿建筑物管片力学特性分析
• 3.1 测试准备、元件安装和数据采集
• 3.1.1 测试准备
• 3.1.2 测试元件的安装
• 3.1.3 试验管片数据采集
• 3.2 近接桩基管片力学特性试验成果及分析
• 3.2.1 近接桩基时管片土压力分布规律
• 3.2.2 近接桩基时管片内力分布规律
• 3.2.3 近接桩基地层孔隙水压分布规律
• 第4章 盾构下穿浅基建筑物施工关键技术
• 4.1 盾构机选型和刀具配置
• 4.1.1 盾构机选型
• 4.1.2 盾构机刀具配置
• 4.2 盾构机穿越碧海花园施工措施
• 4.2.1 地质补勘
• 4.2.2 地面注浆措施
• 4.2.3 设备检修和刀具更换
• 4.2.4 盾构掘进模式
• 4.2.5 盾构掘进参数控制
• 4.2.6 防泥饼措施
• 4.2.7 防喷涌措施
• 4.3 盾构机刀具更换频率分析
• 4.4 盾构开挖时建筑物保护控制措施
• 第5章 盾构隧道施工现场监测与分析
• 5.1 监测方案
• 5.1.1 地面沉降监测
• 5.1.2 建筑物变形的监测
• 5.2 监测结果分析
• 5.2.1 横向地表沉降监测分析
• 5.2.2 纵向地表沉降监测分析
• 5.2.3 碧海花园桩基沉降分析
• 5.3 地表沉降模拟结果与监测结果比较分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文及参加的科研项目、获奖情况