地面出入式盾构隧道结构变形特性及控制研究

发布时间：2020-08-03 13:22

【摘要】：传统盾构法隧道需要事先构筑两个深大工作井，从而满足盾构的始发和接收要求，隧道的暗埋段则采用明挖法施工。而许多城市隧道工程，从功能上不需要设置工作井，暗埋段施工则占用了大面积地面场地，对周边环境影响大。随着城市的更加拥挤，建筑的更加密集，在地面与地下隧道的交通接线工程中，这种矛盾越来越突出。“地面出入式盾构法隧道技术（Ground Penetrating ShieldTechnology,简称GPST）”是解决上述问题的有效途径，其利用盾构掘进替代暗埋段明挖，可省去地面开挖面积约50%，减少搬拆迁和对周围环境的影响；以浅埋导坑替代深大工作井，减少施工风险和开挖方量，缩短建设工期。本论文针对该技术在地面出入段隧道（小于0.3倍隧道直径覆土）建设中面临结构变形的核心难题，通过理论计算、三维仿真和模型试验等科学方法进行深入研究，形成了一套完整的结构变形控制技术，主要包括：管片稳定装置研发应用、同步注浆控制、盾构姿态控制、隧道抗浮控制技术。论文创新点如下: （1）针对地面出入段隧道管片受力特点，提出了修正三角形抗力计算公式及壳-弹簧计算模型，通过管片结构试验首次分析了管片荷载模式及计算模型的适应性，并提出了隧道结构变形的特性。（2）基于超浅覆土盾构推进时管片容易发生变形的特点，研究了隧道整环刚度对隧道稳定性的影响，首次设计出能增强隧道整环刚度的稳定装置，并对装置的实施效果进行了验证。（3）通过国内最大地下试验平台多工况模拟掘进，创新研发了“高流动性早强型（HE）”专用同步注浆浆液配比及压注工艺，解决了局部外露地表条件下的隧道周边浆液充填的难题，结合对注浆孔位置、注浆压力等施工参数的研究，减小了隧道变形。（4）依托国家863试验平台研发了“高粘度低比重触变型（GS）”土体改良专用泥浆，解决了盾构正面超低压环境下的正常进排土，有效控制了盾构姿态，保证了管片拼装精度；首创研发并应用微调型管片稳定装置，有效控制了管片脱出盾尾阶段的管片变形；同步注浆以及隧道抗浮控制技术，保证了隧道稳定性。研究成果成功应用于南京轨道交通6号线地下与地面连接段隧道工程，隧道轴线控制在±50mm以内，椭圆度小于0.4%，上浮量小于15mm，无管片接缝渗水现象，为该新技术的推广应用提供了理论、技术和工程支持。地面出入式盾构法隧道技术突破传统盾构法隧道对覆土的限制，研发的结构变形控制技术可保障隧道的质量要求，实现了地下隧道与地面道路连接的一体化施工，为特殊环境下的隧道线路规划设计提供了一种全新解决方法。该技术成功应用于轨道交通地面连接段隧道建设，属国际首创，其整体施工工艺达到国际领先水平。
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U455.43
【图文】：

地下立交

公路隧道,基坑,盾构

目前城市地下道路一般分为浅埋的地下立交（图 1.1）和深埋的公路隧道（图1.2）。当前城市地下立交多采用明挖法施工，该施工方法将导致地面交通翻交改道、河道临时封闭或改道、管线搬迁、构筑物拆迁等，影响较大，前期需协调单位较多，拖延工期，增加投入。深埋城市道路隧道，为了盾构的始发和到达，需要设置深大的工作井、设备段及暗埋段等。上述基坑开挖深度大（一般 20～30m），造价昂贵，盾构进出洞施工风险非常大[3-12]。图 1.1 地下立交图 1.2 深大的公路隧道基坑

电力隧道

上海大学博士学位论文第一章绪论此外，轨道车辆段及部分由地面段渐入地下段的轨道交通线路，设计工作井主要为满足盾构机始发、到达要求。一些市政管路隧道如排水、蓄水、通信、电力、燃气、共同沟等市政管路隧道，设计设置工作井，仅作为临时施工结构，施工后覆土回填，造成较大浪费（如图 1.3、图 1.4 所示）[13]。

【参考文献】