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三孔并行盾构隧道近接施工的影响度研究

郑余朝  
【摘要】: 随着经济的不断发展,我国对基础设施,尤其是交通设施建设的需求在不断增加,目前,铁路、公路正进行着大规模的建设。路网的完善和扩能,提速及高速路网的发展,西部大开发战略的实施和大城市的发展,出现了大量地下工程及隧道的近接施工问题。而隧道经典理论主要基于半无限体或无限体中单一洞室的力学行为,大量的近接施工研究多基于经验和个案研究,系统性研究较少。从现行国内设计规范来看,主要基于弹性解的无影响范围和经验值,或仅限于个别类型的相关规定,缺乏必要而充分的理论分析。因此有必要对理论进行新的发展,为规范和指南的制定提供依据。 本文以上海轨道交通9号线R413项目三孔并行盾构隧道下穿铁路和自身近接的工程问题为依托,结合建设部三孔并行软土地铁盾构隧道的控制技术研究课题,综合运用调查研究、数值分析、模型试验、现场测试和经验类比方法,在归纳总结和批判吸收的基础上,对盾构隧道下穿铁路近接施工和三孔并行盾构隧道的近接施工的特殊性和普遍性问题进行研究,得到了以下主要成果和结论: 1、本文在文献[1]相关近接理论的基础上,定义了几何近接度和近接影响度的概念,提出了近接影响度和近接影响分区的表达式,并将近接影响分区限定在常规措施条件下,完善了文献[1]提出的相关理论。 2、研究了基于地表沉降判别准则的不同影响度或分区的相关阈值;提出了钢筋混凝土结构的强度判别准则表达式和相关分区阈值;基于变化影响程度的概念,提出强度判别准则比和相关阈值;提出以动静荷载比作为分析列车动载对下伏隧道影响的强度判别准则。 3、根据近接影响度和影响分区理论,运用统计力学方法,分别基于地表位移判别准则、结构强度判别准则,以及动静荷载比判别准则对近接影响度表达式中的几何近接度影响修正系数α_(0ij),埋深影响的修正系数α_(4ij)和综合系数K_(ij)进行了研究,并得到了基于埋深比(H/D)—几何近接度A,或应力比(R_b/σ_0)—几何近接度A的近接影响分区。 4、利用平面、三维数值模拟,离心模型试验和现场测试研究了三孔并行盾构隧道近接施工的应力场、位移场和结构内力的演变规律,指出了近接施工的控制关键及其力学原理,阐述了盾构施工参数分级的思路,并研究了对策措施分级以分别与常规近接影响度相对应。 5、采用死活单元法、刚度和荷载迁移法模拟了盾构的推进,利用软弱实体和逐步增大弹模的方法模拟了惰性浆液的注入和硬化,利用温度的升降产生的膨胀和收缩效应模拟了注浆压力和压力的消散;利用水囊定量注放水的方式在离心模型实验中模拟了盾构施工的地层损失;建立了三维动力有限元模型,模拟了上下行列车同时对向行驶的轮载的移动,实现了列车动载作用下的土—结构动力分析;大量采用影响线方法对近接施工的力学行为进行了分析;建立了基于隧道拱顶动土压力的平面简化计算模式。 6、得到了三孔并行盾构隧道个案和普遍性研究的一些结论。 本文主要针对三孔并行盾构隧道的同步近接情况,地质条件也仅限于类似R413工程的地层,在影响因素上也只对几何近接度和埋深的影响进行了研究。由于近接施工类型和影响因素繁多,需要加大力度划分类型和影响因素进行研究。尤其是应用较多的几个近接类型,应该重点突破,力求尽快完善和建立影响分区的指标体系,为规范和指南的编制提供依据,以指导设计、施工和管理。


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