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城轨近接暗挖工程对高铁盾构隧道的变形影响研究

睢忠强  
【摘要】:我国已陆续出现了一些邻近高速铁路的工程,在这些工程的建设过程中,面临着一系列的技术问题,如高速铁路变形控制标准、邻近高速铁路工程的风险管理、邻近高速铁路变形预测、变形监测方法、邻近高速铁路变形控制技术等技术难题。其中,研究城轨暗挖工程邻近高速铁路大直径盾构隧道沉降变形规律是研究的热点问题之一,对邻近高速铁路工程的安全施工和高速铁路大直径盾构隧道安全具有重要意义。论文从理论、数值模拟和监测数据相互印证研究近接工程施工引起的高速铁路大直径盾构隧道内轨道、隧道结构的变形规律。基于有限元分析研究高速铁路隧道所在土层的材料性能、注浆材料属性对高铁隧道变形的影响及近接工程变形控制措施。主要研究内容及结果如下:(1)为研究近接工程对高速铁路隧道影响机理,建立了近接工程——围岩——既有高速铁路隧道及轨道的三维空间相互作用模型,分析了暗挖近接工程施工下地层横向变形规律、高铁隧道变形机理和高铁轨道变形机理,为后续的有限元分析提供了理论基础。(2)以北京地铁12号线大钟寺——蓟门桥区间隧道矿山法下穿京张高铁清华园盾构隧道为背景,利用非线性有限元软件Abaqus 2016结合现场监测数据及推导的随机介质法双线平行隧道椭圆简化断面开挖引起地表沉降公式,分析了在超前大管棚和深孔注浆加固下的高铁盾构隧道、预制仰拱及无砟轨道的变形响应,与监测数据相比误差为8.9%,与随机介质法相比峰值误差为2.4%,验证了计算结果的相对准确性。(3)从竖向位移看,地表沉降具有Peck曲线特征,且随着施工进度的进行,峰值由高铁隧道中心处先移动至地铁右线开挖处,然后又运动到地铁左线开挖处,此时,地表沉降达到最大值。最后阶段,重新回到高铁隧道中心的位置。盾构隧道、预制仰拱和以钢轨为代表的无砟轨道,也有类似的形变规律。从水平位移看,地表和预制仰拱中心处的水平位移在铺轨道、右线开挖至高铁隧道正下方和左线开挖至高铁隧道正下方阶段形状为“几”字形,且高铁隧道中心、地铁右线中心轴线及地铁左线中心轴线上方的土体水平位移依次达到最值,在施工结束阶段近似为零;而盾构隧道水平直径处的水平位移形状表现出类似竖向位移的特点,所不同的是,位移方向水平指向开挖方向;高铁双线各股钢轨的水平位移较为复杂:铺设轨道阶段,高铁左右线钢轨发生了相反方向的运动。(4)研究了暗挖近接工程下穿高速铁路情况下,高铁所在土层弹性模量、粘聚力、泊松比和内摩擦角和注浆材料的粘聚力和弹性模量等,对暗挖近接工程施工引起高速铁路盾构隧道的影响,可为类似的暗挖近接工程的施工提供借鉴。图111幅,表21个,参考文献69篇。


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