盾构全断面切削穿越桥梁桩基安全性研究

论文摘要

在城市中心区域修建地铁盾构隧道时,与地下既有结构物相遇的案例越来越多,如何保证既有结构物的安全,减少对周边环境的影响成为地铁工程的重点和难点。以往盾构施工在遭遇桥桩时,通常采用拆除桥梁或桩基托换等形式,不仅给工程带来巨大的浪费,还影响了交通环境。如能在确保桥梁安全的条件下,采用直接切桩穿越桩基的方式,不但能降低工程造价,同时能大大减小施工对环境的影响。本论文以苏州轨道交通2号线盾构穿越广济桥14根桩基工程为背景,研究盾构机直接切削穿越桥梁桩基的可能性,对桥梁的影响和安全性,以及隧道自身衬砌结构的安全性等。通过国内外相关调研分析、理论分析和数值模拟,主要得出以下结论：(1)调查国内盾构切桩的成功案例,通过工程对比分析,基本的结论是盾构直接切削穿越苏州广济桥梁桩基是可能的,当然也存在一定的风险。(2)分析盾构全断面切削穿越群桩后,对桥梁的承载力、稳定性等方面进行验算,结果1#桥墩持力层承载力不满足要求,须对桥梁基础和地基进行加固。(3)分析管片衬砌的受力状态,并进行验算。得出结论,通过计算和从安全性方面考虑,盾构隧道应选超深埋管片。(4)通过有限元分析盾构施工穿越桥梁结构影响,认为桥梁和隧道结构均是安全的,并得出了桩基变形规律。(5)提出保障本次盾构切削穿越桩基工程安全性的措施,比如盾构机改造、盾构施工掘进参数和施工风险应对等。通过本论文的研究,使盾构直接切削桥桩基础成为可能,为盾构施工穿越桥桩提供了一种新的方法,可供类似工程借鉴。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题背景及意义
• 1.2 盾构切桩现状
• 1.3 研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 2 盾构切削穿越桩基可能性对比分析
• 2.1 苏州地铁盾构穿越广济桥工程概况
• 2.1.1 广济桥和盾构隧道简介
• 2.1.2 盾构机简介
• 2.2 盾构切桩工程案例调研
• 2.2.1 案例中盾构切桩状况
• 2.2.2 经验和教训
• 2.3 工程案例对比分析
• 2.4 本章小结
• 3 桥梁安全性分析
• 3.1 分析方法
• 3.2 分析内容
• 3.2.1 桥梁地基基础的作用效应组合
• 3.2.2 地基承载力验算
• 3.2.3 基底合力偏心距验算
• 3.2.4 基底下软弱层承载力验算
• 3.2.5 稳定性验算
• 3.3 桥梁安全性评价
• 3.4 本章小结
• 4 隧道衬砌结构安全性分析
• 4.1 分析内容
• 4.2 衬砌结构计算方法
• 4.3 盾构切桩后桩端与管片相对位置分析
• 4.4 盾构管片衬砌计算
• 4.4.1 计算断面选取
• 4.4.2 计算模型
• 4.4.3 荷载计算
• 4.4.4 计算结果
• 4.5 管片配筋和裂缝验算
• 4.6 本章小结
• 5 盾构切削穿越桩基数值模拟
• 5.1 数值分析方法简介
• 5.2 有限元模型
• 5.2.1 建立模型
• 5.2.2 材料的本构模型
• 5.2.3 对群桩模型的简化
• 5.2.4 施工过程模拟
• 5.3 桥梁计算结果分析
• 5.3.1 桥梁变形规律
• 5.3.2 桥梁安全性评价
• 5.4 隧道计算结果分析
• 5.4.1 管片变形分析
• 5.4.2 管片衬砌安全性评价
• 5.5 本章小结
• 6 盾构切削穿越桩基安全保障措施
• 6.1 盾构机改造
• 6.1.1 刀盘刀具改造
• 6.1.2 螺旋输送机改造
• 6.1.3 外包管的保护改造
• 6.1.4 增加人舱系统
• 6.2 盾构切（磨）桩掘进参数研究
• 6.3 盾构切桩风险应对措施
• 6.3.1 隧道微调外包管避桩问题
• 6.3.2 螺旋输送机排渣问题
• 6.3.3 具配置和损坏问题
• 6.3.4 人员进入土舱作业问题
• 6.3.5 盾构机部件出现异常问题
• 6.4 盾构穿越桩基过程监测方案
• 6.4.1 地表沉降监测
• 6.4.2 桥梁监测
• 6.4.3 隧道监测
• 6.5 盾构穿越桩基后期工作
• 6.5.1 等荷载试验
• 6.5.2 后期检测与监测
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集