盾构隧道群下穿既有地铁运营隧道变形机理及控制研究
发布时间：2022-08-11 10:04
近年来,我国城市轨道交通快速发展,截至2017年末,我国拥有136条地铁线路、3881.8km,地铁线网密集,运营里程已居世界首位。在这种背景下,盾构法隧道建设不可避免面临穿越既有地铁线路。特别是在综合交通枢纽附近,双线甚至多线隧道穿越既有运营隧道案例也开始增多,而多线隧道群穿越涉及到了复杂的交叉结构-土体相互作用问题,隧道施工重复扰动,极易导致既有运营隧道变形过大,而既有地铁运营对轨道及结构变形的要求高,稍有不慎则会引起结构损伤、列车脱轨事故。鉴于此,本文以深圳地铁7、9号线隧道群下穿工程等三期下穿工程为背景,聚焦于近些年越来越多的单线及多线下穿既有隧道工程,研究盾构隧道群下穿对既有隧道变形影响及其控制问题。论文主要研究工作如下:（1）基于球孔坍缩（扩张）理论,结合虚像法技术推导了非均匀地层损失引起地层三维变形计算公式,然后考虑了盾构掘进施工荷载特征,建立了盾构法隧道掘进引起地层三维变形计算方法。分析了盾构双线及多线隧道开挖对地层的应力扰动作用即土体的记忆性,引入了附加地层损失参数描述先建隧道开挖对地层参数的弱化现象,提出了盾构多线开挖引起地层位移场计算方法。该方法能够反映盾构掘进的...
【文章页数】：220 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究意义
1.3 国内外典型近接施工案例调研
1.3.1 国外典型案例
1.3.2 国内典型案例
1.3.3 案例总结
1.4 国内外研究现状
1.4.1 隧道开挖引起周围地层变形
1.4.2 新建隧道开挖对临近既有隧道影响
1.5 研究内容和方法
1.5.1 研究内容
1.5.2 研究方法和技术路线
2 基于盾构掘进空间特性诱发地层三维变形理论解析
2.1 盾构机对土体作用作用的空间力学模型
2.2 盾构掘进诱发土体三维变形弹性解
2.2.1 地层损失引起地层位移场
2.2.2 盾构施工荷载引起地层位移场
2.2.3 隧道开挖引起土体变形规律分析
2.3 现场实测分析
2.3.1 工程概况
2.3.2 监测结果分析
2.4 多线隧道开挖引起地层位移场
2.4.1 土体扰动历史
2.4.2 多线叠加作用
2.5 理论与实测对比
2.5.1 地表沉降
2.5.2 深层土体位移
2.6 本章小结
3 考虑结构-土体相互作用的既有隧道变形理论
3.1 盾构隧道及隧道群穿越既有隧道分类
3.2 隧道结构-土体相互作用
3.2.1 隧道结构特性
3.2.2 隧道结构-土体相互作用模式及状态
3.3 隧道变形理论解析
3.3.1 盾构单洞穿越理论解析
3.3.2 盾构隧道群穿越理论解析
3.4 工程算例
3.4.1 隧道沉降分析
3.4.2 隧道结构-土体接触应力分区
3.5 影响参数敏感性分析
3.6 本章小结
4 隧道群下穿既有隧道离心模型试验
4.1 离心模型试验参数设计
4.2 试验装置及材料
4.2.1 土工离心机
4.2.2 模型试验装置
4.2.3 试验材料参数
4.2.4 试验模型制备
4.3 试验过程及结果分析
4.3.1 单线下穿试验
4.3.2 多线下穿试验
4.4 隧道群穿越施工优化
4.4.1 合理隧道间距
4.4.2 合理施工顺序
4.5 本章小结
5 盾构下穿既有地铁运营隧道现场实测分析
5.1 盾构双线下穿工程实例
5.1.1 工程概况
5.1.2 监测方案
5.1.3 实测数据分析
5.2 盾构四线下穿工程实例
5.2.1 工程背景
5.2.2 监测方案
5.2.3 实测数据分析
5.3 盾构多线穿越隧道变形演变
5.3.1 隧道变形发展
5.3.2 隧道损伤
5.4 理论与实测对比
5.5 本章小结
6 盾构下穿既有盾构隧道接缝力学行为研究
6.1 实体-弹簧模型建立
6.2 材料参数
6.2.1 地层参数
6.2.2 结构及接缝参数
6.3 管片结构及接缝变化
6.3.1 管片结构应力
6.3.2 接缝张开
6.3.3 管片错台
6.3.4 隧道变形
6.4 模拟与实测对比
6.5 本章小结
7 盾构隧道及隧道群下穿既有运营隧道变形控制
7.1 盾构多次穿越既有运营隧道位移分配法
7.2 既有运营隧道调查和监控量测
7.2.1 调查内容
7.2.2 监控量测技术
7.3 盾构开挖面支护压力控制
7.3.1 支护压力传递理论
7.3.2 合理土仓压力设定
7.3.3 盾构掘进参数主动控制原则
7.4 既有运营隧道辅助保护措施
7.4.1 控制措施分类
7.4.2 控制效果评价
7.5 本章小结
8 总结及展望
8.1 主要结论
8.2 创新点
8.3 研究展望
参考文献
符号规定
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构刀具磨损机理及预测分析[J]. 吴俊,袁大军,李兴高,金大龙,沈翔. 中国公路学报. 2017(08)
[2]新建隧洞下穿既有隧道离心模型试验研究[J]. 李从安,李波,王志鹏,龚壁卫. 中国水利水电科学研究院学报. 2017(04)
[3]矿山法隧道下穿既有盾构隧道微变形控制技术[J]. 陶连金,田治旺,车彦文,陈向红. 铁道建筑. 2017(05)
[4]复杂地质条件下土压平衡盾构近距离下穿既有隧道的施工和监测技术[J]. 朱红霞. 隧道建设. 2016(06)
[5]盾构土舱压力变化规律测试试验与理论分析[J]. 金大龙,袁大军,李兴高. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[6]盾构近距离多次下穿对既有隧道变形的影响[J]. 马健,李凤涛,袁飞飞,赵宇. 铁道建筑. 2016(04)
[7]地下管线复杂状况下道路暗挖隧道穿越技术[J]. 张利娜. 山西建筑. 2016(01)
[8]盾构隧道掘进引起上方已建隧道的纵向变形研究[J]. 张冬梅,宗翔,黄宏伟. 岩土力学. 2014(09)
[9]基于磨料磨损的TBM滚刀磨损预测研究[J]. 赵海鸣,舒标,夏毅敏,郑伟. 铁道科学与工程学报. 2014(04)
[10]盾构下穿北京地铁13号线望京西站站房基础变形及数值分析[J]. 张文正. 隧道建设. 2014(03)
博士论文
[1]软土地区开挖卸荷对邻近地铁隧道的影响研究[D]. 周泽林.西南交通大学 2016
[2]隧道施工引起地层位移及建筑物变形预测的实用方法研究[D]. 韩煊.西安理工大学 2007
[3]大断面隧道浅埋暗挖法下穿既有地铁构筑物施工技术研究[D]. 姚海波.北京交通大学 2005
硕士论文
[1]地铁盾构隧道下穿既有高铁隧道施工影响及控制技术研究[D]. 林志军.中南大学 2013
[2]铁路双线隧道复杂地质下穿既有线施工技术研究[D]. 向大强.中国地质大学（北京） 2010
[3]双孔盾构隧道近接施工离心模型试验研究[D]. 余峰.西南交通大学 2008
本文编号：3674457
【文章页数】：220 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究意义
1.3 国内外典型近接施工案例调研
1.3.1 国外典型案例
1.3.2 国内典型案例
1.3.3 案例总结
1.4 国内外研究现状
1.4.1 隧道开挖引起周围地层变形
1.4.2 新建隧道开挖对临近既有隧道影响
1.5 研究内容和方法
1.5.1 研究内容
1.5.2 研究方法和技术路线
2 基于盾构掘进空间特性诱发地层三维变形理论解析
2.1 盾构机对土体作用作用的空间力学模型
2.2 盾构掘进诱发土体三维变形弹性解
2.2.1 地层损失引起地层位移场
2.2.2 盾构施工荷载引起地层位移场
2.2.3 隧道开挖引起土体变形规律分析
2.3 现场实测分析
2.3.1 工程概况
2.3.2 监测结果分析
2.4 多线隧道开挖引起地层位移场
2.4.1 土体扰动历史
2.4.2 多线叠加作用
2.5 理论与实测对比
2.5.1 地表沉降
2.5.2 深层土体位移
2.6 本章小结
3 考虑结构-土体相互作用的既有隧道变形理论
3.1 盾构隧道及隧道群穿越既有隧道分类
3.2 隧道结构-土体相互作用
3.2.1 隧道结构特性
3.2.2 隧道结构-土体相互作用模式及状态
3.3 隧道变形理论解析
3.3.1 盾构单洞穿越理论解析
3.3.2 盾构隧道群穿越理论解析
3.4 工程算例
3.4.1 隧道沉降分析
3.4.2 隧道结构-土体接触应力分区
3.5 影响参数敏感性分析
3.6 本章小结
4 隧道群下穿既有隧道离心模型试验
4.1 离心模型试验参数设计
4.2 试验装置及材料
4.2.1 土工离心机
4.2.2 模型试验装置
4.2.3 试验材料参数
4.2.4 试验模型制备
4.3 试验过程及结果分析
4.3.1 单线下穿试验
4.3.2 多线下穿试验
4.4 隧道群穿越施工优化
4.4.1 合理隧道间距
4.4.2 合理施工顺序
4.5 本章小结
5 盾构下穿既有地铁运营隧道现场实测分析
5.1 盾构双线下穿工程实例
5.1.1 工程概况
5.1.2 监测方案
5.1.3 实测数据分析
5.2 盾构四线下穿工程实例
5.2.1 工程背景
5.2.2 监测方案
5.2.3 实测数据分析
5.3 盾构多线穿越隧道变形演变
5.3.1 隧道变形发展
5.3.2 隧道损伤
5.4 理论与实测对比
5.5 本章小结
6 盾构下穿既有盾构隧道接缝力学行为研究
6.1 实体-弹簧模型建立
6.2 材料参数
6.2.1 地层参数
6.2.2 结构及接缝参数
6.3 管片结构及接缝变化
6.3.1 管片结构应力
6.3.2 接缝张开
6.3.3 管片错台
6.3.4 隧道变形
6.4 模拟与实测对比
6.5 本章小结
7 盾构隧道及隧道群下穿既有运营隧道变形控制
7.1 盾构多次穿越既有运营隧道位移分配法
7.2 既有运营隧道调查和监控量测
7.2.1 调查内容
7.2.2 监控量测技术
7.3 盾构开挖面支护压力控制
7.3.1 支护压力传递理论
7.3.2 合理土仓压力设定
7.3.3 盾构掘进参数主动控制原则
7.4 既有运营隧道辅助保护措施
7.4.1 控制措施分类
7.4.2 控制效果评价
7.5 本章小结
8 总结及展望
8.1 主要结论
8.2 创新点
8.3 研究展望
参考文献
符号规定
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]盾构刀具磨损机理及预测分析[J]. 吴俊,袁大军,李兴高,金大龙,沈翔. 中国公路学报. 2017(08)
[2]新建隧洞下穿既有隧道离心模型试验研究[J]. 李从安,李波,王志鹏,龚壁卫. 中国水利水电科学研究院学报. 2017(04)
[3]矿山法隧道下穿既有盾构隧道微变形控制技术[J]. 陶连金,田治旺,车彦文,陈向红. 铁道建筑. 2017(05)
[4]复杂地质条件下土压平衡盾构近距离下穿既有隧道的施工和监测技术[J]. 朱红霞. 隧道建设. 2016(06)
[5]盾构土舱压力变化规律测试试验与理论分析[J]. 金大龙,袁大军,李兴高. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[6]盾构近距离多次下穿对既有隧道变形的影响[J]. 马健,李凤涛,袁飞飞,赵宇. 铁道建筑. 2016(04)
[7]地下管线复杂状况下道路暗挖隧道穿越技术[J]. 张利娜. 山西建筑. 2016(01)
[8]盾构隧道掘进引起上方已建隧道的纵向变形研究[J]. 张冬梅,宗翔,黄宏伟. 岩土力学. 2014(09)
[9]基于磨料磨损的TBM滚刀磨损预测研究[J]. 赵海鸣,舒标,夏毅敏,郑伟. 铁道科学与工程学报. 2014(04)
[10]盾构下穿北京地铁13号线望京西站站房基础变形及数值分析[J]. 张文正. 隧道建设. 2014(03)
博士论文
[1]软土地区开挖卸荷对邻近地铁隧道的影响研究[D]. 周泽林.西南交通大学 2016
[2]隧道施工引起地层位移及建筑物变形预测的实用方法研究[D]. 韩煊.西安理工大学 2007
[3]大断面隧道浅埋暗挖法下穿既有地铁构筑物施工技术研究[D]. 姚海波.北京交通大学 2005
硕士论文
[1]地铁盾构隧道下穿既有高铁隧道施工影响及控制技术研究[D]. 林志军.中南大学 2013
[2]铁路双线隧道复杂地质下穿既有线施工技术研究[D]. 向大强.中国地质大学（北京） 2010
[3]双孔盾构隧道近接施工离心模型试验研究[D]. 余峰.西南交通大学 2008
本文编号：3674457
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