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北京地铁双线盾构近距下穿既有盾构区间风险控制研究

马文辉  
【摘要】:随着轨道交通网络化运营的不断发展,在轨道交通控制保护区范围内不可避免地出现了大量穿越既有轨道交通的工程。穿越工程复杂程度高、风险大、控制标准极为严格,如果处置不当将导致既有结构及轨道变形超限,严重时将影响到轨道交通的正常运营。盾构法被广泛地应用于轨道交通建设,其施工工法、风险控制与传统明挖法、矿山法存在明显的差异,尤其是预制管片拼装的结构整体刚度小,抵抗变形能力差,为在保证轨道交通安全运营条件下的穿越工程施工提出了巨大的挑战。 论文结合北京地区首例新建地铁双线盾构隧道近距穿越既有地铁双线盾构区间工程,采用数值模拟分析方法、风险分级监测方法,系统分析了穿越工程中地层和既有结构的变形规律,归纳总结了详尽的风险控制措施。 (1)全面总结分析了国内外有关盾构施工引起地表变形机理研究的资料:在广泛搜集国内外研究资料的基础上,对盾构法追本溯源,重点讨论盾构法引起地层变形的机理和规律,同时归纳总结国内各城市轨道交通运营管理办法中有关保护区的条款,为研究工作的开展奠定了学科基础。 (2)基于数值模拟分析方法,建立了大尺度的有限元仿真模型:对穿越工程实例的背景及施工参数进行了系统地分析和论证,利用有限元软件Ansys分别对新建线注浆加固和施做竖井预加固地层方案建立大尺度三维模型,通过处理计算数据,全面总结了地层、结构的时刻及时程变形规律。根据方案的分析结果,对其典型阶段的数据进行对比和分析,从中选择最优的施工方案,指导施工。 (3)采用风险分级监测技术实时采集穿越工程中既有结构变形数据,加以对比分析:针对穿越既有城市轨道交通工程的自身特点,提出了自动化监测为主,人工监测为辅的风险分级监测方法,确定合理布点方案和监测频率:总结双线先后穿越,多次扰动下,既有盾构隧道由“V”型演变为“W”型的变形规律,盾构掘进对既有结构的影响一般始于1.5~2.0倍洞径;与数值模拟数据进行对比,指出数据间的微小差异因施工真实环境中实时调整施工参数所致。 (4)分析盾构间距、埋深以及土仓压力、注浆压力等施工参数对既有结构和地层的影响:利用数值模拟方法进一步对不同的盾构间距、盾构埋深,以及不同土仓压力和注浆压力参数的选取对既有结构、地层的影响规律加以深入研究。综合文中有关盾构掘进对地层和结构变形的影响及其规律的讨论,提出了针对盾构穿越工程施工的风险控制措施。


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