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盾构隧道近距离共同作用机理及施工技术研究

严长征  
【摘要】: 盾构近距离施工对已建隧道影响的预测及控制问题,与常规盾构施工比较更为复杂、施工难度更大。本文结合上海轨道交通4号线浦电路站至张扬路站区间隧道穿越轨道交通2号线工程,轨道交通9号线九亭站至七宝站区间西出入场线穿越正线隧道工程,采用解析分析、弹性及弹塑性数值模拟、现场实测相结合的方法对盾构近距离施工共同作用的机理、时间及空间效应进行了讨论,分析计算了盾构近距离施工引起的地层与隧道位移变化规律,经计算比较确定了已建隧道位移的主要影响参数及各参数敏感性。 在此研究基础上,结合两个盾构近距离穿越工程实践,提出了控制减少盾构近距离施工扰动的技术措施,如:区域分控掘进法,优化控制交叠区施工敏感参数,电子水平尺监测信息反馈施工,超前对已有隧道刚度加强及地层加固等,从而确保盾构近距离顺利掘进及既有隧道的正常使用。研究成果对同类盾构隧道工程及深层密集地下空间开发利用具有重要参考价值及实际意义。 本文主要研究成果包括: 1.剖析了“盾—土—隧”三者在近距离施工过程中相互影响与共同作用的模式,提出了以上、下方位关系,盾构与隧道间距、夹角为主要参数的空间效应概念,对盾构施工临近度的划分进行了修正,提出了以盾构施工各阶段为基础的时间效应的概念; 2.列举了盾构近距离施工过程中的主要影响参数,建立了考虑已建隧道影响的盾构工作面设定压力计算公式,修正完善了盾构侧壁摩阻力计算公式,探讨了盾构纠偏及曲线掘进引起的土体损失计算方法。 3.将Mindlin解与Bobet方法共同用于盾构施工扰动位移场分析,讨论了空间参数对盾构近距离施工的影响。 4.对比计算了侧壁摩阻力、正面压力、纠偏荷载对已建隧道的影响形式及量值,分析了盾构掘进时侧壁摩阻力引起的塑性圈范围,对主要工况下盾构施工引起的上覆隧道变形进行了计算。 5.结合现场试验段推进及实际穿、跨越施工,对主要施工参数的敏感性进行了分析,得出盾构头部影响、侧壁影响及盾尾后续影响对已建隧道变形的影响比例。 6.总结出了区域分控掘进法,电子水平尺监测信息返馈施工,超前已有隧道刚度加强及地层加固等控制盾构施工对已建隧道的扰动技术对策。只要根据工程实际,对上述技术对策优化比选精心施工,可以实现盾构近距离经济安全快速施工的目标。


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