建隧道长距离密贴平行下穿既有隧道结构工程响应及控制

发布时间：2020-11-01 12:13

　　 随着城市轨道交通的大规模建设,新建隧道不可避免的穿越大量的既有建(构)筑物,导致穿越工程日益增多。隧道施工的任何轻微扰动均可能造成既有结构的较大变形,特别是新建隧道长距离密贴平行下穿既有隧道这类特殊的穿越工程,其影响范围大,沉降可控性差,保障此类穿越过程中既有隧道结构的安全技术难度非常大。因此,本文以北京地铁15号线奥林匹克公园站穿越既有大屯路隧道工程为依托,基于既有隧道结构现场检测、评估与监测,采用理论分析、现场试验以及数值模拟相结合的技术手段对新建隧道长距离密贴平行下穿既有隧道的影响及其控制进行研究,取得以下主要研究成果:(1)基于既有穿越工程案例统计及分析,凝炼出下穿工程施工的主要影响因素,重点从穿越角度、夹层土厚度、新建隧道施工方案及既有隧道自身的安全状态四个方面对新建隧道长距离密贴平行下穿既有大屯路隧道的风险进行分析,并在此基础上提出了该穿越工程施工的关键技术要点。(2)基于弹性地基梁理论,以新建隧道穿越既有隧道双孔闭合框架段为研究对象,建立了新建隧道长距离密贴和存在夹层土时平行下穿既有隧道的两种理论计算模型,揭示了既有隧道沿纵向的工程响应规律。通过Matlab编程计算得到在既有结构的刚度变化、新建隧道的未支护区长度、土体基床系数等因素影响下,既有结构的变形和受力规律;并采用结构力学方法对该既有隧道沿横向的受力响应进行了分析。以上结论均为新建隧道长距离密贴平行下穿既有大屯路隧道的变形控制措施和变形控制指标的提出提供了理论支撑。(3)提出了穿越施工带裂缝工作的既有隧道结构变形控制标准的制定方法。根据既有隧道结构的工前检测分析结果,首先采用层次分析和模糊综合评价方法获得既有隧道承载能力综合折减系数;随后采用ABAQUS有限元软件,对模型计算参数进行相应折减的基础上,以既有结构裂缝临界深度为判据,计算得到既有大屯路隧道结构不同断面的总沉降及差异沉降值。并从安全角度出发,控制标准应从严选择,以选定最终的控制标准值,为确保穿越工程施工过程中既有结构的安全提供了动态控制的依据。(4)为了实现对穿越全过程进行科学及精细化的风险控制,基于变位分配原理,运用了故障树法、肯特模型法、三维仿真监测及评价系统等方法,建立了系统的风险识别、科学的风险评价、动态的风险监控和及时有效的风险应对四阶段风险控制流程,实现了对穿越工程施工安全风险的系统化管理,保障了施工过程的安全。(5)为尽快形成预支撑体系,迅速转移外部荷载,提出了一种新型的暗挖施工方法——单层导洞大直径桩预撑支柱法,并研发了相应的成桩工艺及配套机具。该工法能够有效地控制地层变形速率及最终变形值,适用于城市复杂环境下暗挖穿越既有隧道结构工程施工。(6)基于位移反分析法,对新建隧道长距离密贴平行下穿既有隧道结构施工全过程实施动态预测。以岩土样本土工实验结果作为初始参数,对各施工步序进行反分析,确定了最佳地层参数,实现了对目标断面变形的精确预测。对比分析发现,预测结果与现场实测结果基本保持一致,说明该方法能够精确的指导施工,同时也验证了新工法的可靠性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.4
【部分图文】：

北京地铁共有２２条运营线路，拥有３７０座运营车站（换乘车站重复计算，??不重复计算换乘车站则为２８８座），组成覆盖北京市１１个市辖区，总长６０８公里??运营线路的轨道交通系统。如图１－１所示。根据《北京市城市轨道交通第二期建??设规划（２０１５－２０２１年）》，北京到２０２０年将形成３０条运营线路、总长１１７７公里??的轨道交通网络。??北京地铁线路图１??Ｂｅ?ｌｉｎｇ?Ｓｕｂｗａｙ?Ｍａｐ?▲??＾＾??１?…，？一一一?＞．ｌ??导三：：：．＇．ｉ?‘？?ｆ?；?Ｌ?．?＊??＇職??■＾ｈ１－??Ｈｒ??＊＂Ａ￡Ａ＊！??ｄ■■界‘ｓａ－??图１－１北京市２０１６年轨道交通运营线路图??在城市环境下，轨道交通常常建设在人口密集区，尤其是重要的商业中心或政??务中心，这些区域路网密集、高楼林立、地下建（构）筑物复杂繁多，新建隧道不??可避免将穿越大量道路、桥梁、管线、既有地铁线路、既有公路隧道及房屋等基础??设施，由于复杂的地层条件，新建隧道施工将对周围地层造成较大的扰

北京地铁共有２２条运营线路，拥有３７０座运营车站（换乘车站重复计算，??不重复计算换乘车站则为２８８座），组成覆盖北京市１１个市辖区，总长６０８公里??运营线路的轨道交通系统。如图１－１所示。根据《北京市城市轨道交通第二期建??设规划（２０１５－２０２１年）》，北京到２０２０年将形成３０条运营线路、总长１１７７公里??的轨道交通网络。??北京地铁线路图１??Ｂｅ?ｌｉｎｇ?Ｓｕｂｗａｙ?Ｍａｐ?▲??＾＾??１?…，？一一一?＞．ｌ??导三：：：．＇．ｉ?‘？?ｆ?；?Ｌ?．?＊??＇職??■＾ｈ１－??Ｈｒ??＊＂Ａ￡Ａ＊！??ｄ■■界‘ｓａ－??图１－１北京市２０１６年轨道交通运营线路图??在城市环境下，轨道交通常常建设在人口密集区，尤其是重要的商业中心或政??务中心，这些区域路网密集、高楼林立、地下建（构）筑物复杂繁多，新建隧道不??可避免将穿越大量道路、桥梁、管线、既有地铁线路、既有公路隧道及房屋等基础??设施，由于复杂的地层条件，新建隧道施工将对周围地层造成较大的扰

ＷｕＨＮ等人［１６＿１９］比较了?Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁模型和Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｍｏｕｌｌｉ梁模型，并指出??Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁模型充分考虑了險道的变形和内力发展，克服了?Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｍｏｕｌｌｉ梁??模型中认为既有隧道刚度无限大的缺陷，两种梁变形特征见图１－３和图１－４所示。??可见，采用Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁模型能更好地模拟既有隧道的变形与内力。??ｄｖｔ；??形后??．Ｖ牛?）＼?、、、／、?Ｍ’＼?、＇／、－．??梁截面／?＇?梁截面…飞??Ｌａ?）?（」?｝??￥疮俞?￥充５前??图１－３?Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁变形特征?图１－４?Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁变形特征??张顶立、李鹏飞、侯艳娟［２（）］依托厦门机场路隧道下穿地表复杂建筑群的工程，??采用现场实测统计分析、数值模拟和理论分析等方法，揭示了隧道施工影响下地表??建筑物的力学响应、变形规律及破坏模式。??贺美德、刘军、乐贵平等［２１］以北京地铁盾构区间隧道近距离侧穿高层建筑为??背景，采用有限元计算和现场监测相结合的方法，分析了盾构到达建筑物之前、??穿越工程中及盾构离幵后三个施工阶段
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本文编号：2865516