發(fā)布時(shí)間：2020-06-12 08:34

【摘要】：在城市中心區(qū)域進(jìn)行地下空間開發(fā)時(shí),難免會遇到新建地下工程必須跨越已建隧道的情況。既有隧道上方進(jìn)行卸荷開挖時(shí),坑底巖土體的卸荷回彈會引起下方地層移動(dòng),致使隧道隆起并嚴(yán)重威脅隧道安全。尤其是當(dāng)工程處于土巖復(fù)合地層中時(shí),由于土層與巖層之間迥異的性質(zhì)差異,上部開挖卸荷過程中下臥隧道變形特性更為復(fù)雜,需要進(jìn)行系統(tǒng)、全面的研究。本文依托廈門第二西通道石鼓山段上跨地鐵1號線工程,對下方既有隧道在基坑開挖過程中的變形展開現(xiàn)場監(jiān)測,結(jié)合數(shù)值模擬的方法探究土巖復(fù)合地層中既有隧道在上部開挖卸荷影響下的變形特性。主要工作和研究成果如下:(1)采用人工監(jiān)測結(jié)合自動(dòng)化監(jiān)測的方案對基坑開挖過程中既有隧道的變形展開現(xiàn)場監(jiān)測,并結(jié)合大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對既有隧道變形特性展開分析。結(jié)果表明,地層的起伏對于既有隧道的豎向變形響應(yīng)影響顯著,位于全風(fēng)化巖中的隧道相比于中風(fēng)化巖中隧道,其最大拱頂變形增大約40%;統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,軟土地區(qū)隧道隆起變形較大,平均約為15.5R(R為卸荷深度比);土巖復(fù)合地區(qū)隧道隆起變形較小,平均約為3.34R。卸荷區(qū)域內(nèi)隧道呈現(xiàn)上浮隆起變形,卸荷區(qū)域外側(cè)隧道因出現(xiàn)沉降變形。土體變形的時(shí)間效應(yīng)可大幅增加既有隧道隆起變形,坑底暴露10天后隧道豎向隆起增大約40%~60%。(2)依托實(shí)際工程,建立考慮地層起伏的三維數(shù)值模型,模擬基坑施工全過程,探究上部卸荷引起下臥隧道變形產(chǎn)生的原因,并通過簡化準(zhǔn)三維數(shù)值模型探討不同地質(zhì)條件對于隧道變形的影響。結(jié)果表明:基坑卸荷區(qū)域內(nèi)隧道隨坑底土體在上部卸荷作用下產(chǎn)生隆起,基坑卸荷區(qū)域外隧道受到施工荷載的影響產(chǎn)生沉降,進(jìn)而加大隧道在豎向的相對變形及曲率�；鶐r面起伏對既有隧道變形影響顯著,位于土層中隧道最大變形約為巖層中隧道最大變形的4倍。(3)建立三維理想分析模型,探究了土巖復(fù)合地層中相關(guān)參數(shù)對隧道變形的影響,提出了施工過程中隧道變形控制的相關(guān)建議。結(jié)果表明:當(dāng)卸荷深度一定時(shí),下臥隧道豎向隆起隨著上部基坑卸荷面積的增大而增大,增大速率逐漸減小,直至變形穩(wěn)定。卸荷跨度相對于卸荷長度對于下臥隧道變形的影響更大。土巖復(fù)合地層中采用分層分段式開挖方案可以有效的減小隧道的豎向隆起變形,但相比軟土條件下影響更小。增加上部基坑支撐體系剛度對于控制土巖復(fù)合地層中隧道豎向變形的作用微小。
【圖文】：

坑-15m~-20m 深度范圍內(nèi)，花崗巖全風(fēng)化之后的產(chǎn)物，巖體呈砂土狀，內(nèi)部已經(jīng)完全風(fēng)化為粉末狀，手捏即散；⑤2-2 塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：主要分布23m~-35m 深度范圍內(nèi)，成份主要為未完全風(fēng)化的花崗巖，巖石風(fēng)化程度嚴(yán)重石結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，，巖體呈碎石夾砂礫狀，；⑤3 中風(fēng)化花崗巖：中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)狀構(gòu)造，高傾角裂隙較發(fā)育，裂隙兩側(cè)多被浸染呈褐黃色，沿裂隙兩側(cè)巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，表面粗糙，巖質(zhì)大多較硬主要分布在-35m 以下的地層中。各土理力學(xué)參數(shù)如表 2-2 所示。表 2-2 場地主要地層的力學(xué)指標(biāo)Table 2-2 Soil parameter of the site.土層名稱重度 (kN/m3)粘聚力c(kPa)內(nèi)摩擦角 (o)壓縮模量sE (MPa)泊松比 雜填土 18.0 12 15 5.0 0.3粉質(zhì)粘土 19.0 20 17 5.5 0.28殘積礫質(zhì)粘性土 19.4 25 22 12 0.26全風(fēng)化花崗巖 18.9 35 25 0.24碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖21.0 80 27 0.24中風(fēng)化花崗巖 22.0 150 28 0.22

圖 2-6 沿右線隧道的場地地質(zhì)剖面圖Fig.2-6 The geological profiles of the site along the right tunnel.2.3 現(xiàn)場監(jiān)測.3.1 方案介紹區(qū)間隧道的監(jiān)測主要針對于隧道襯砌結(jié)構(gòu)及地鐵軌道的變形，監(jiān)測內(nèi)容主括隧道垂直位移（道床、拱頂）、水平位移、隧道相對收斂、隧道內(nèi)裂縫分布目。考慮到廈門地鐵一號線在上跨基坑開挖期間處于輔助結(jié)構(gòu)施工至試運(yùn)營，部分時(shí)間段不方便到區(qū)間隧道內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場人工監(jiān)測。因此，區(qū)間隧道采用監(jiān)測為主，人工校核為輔的監(jiān)測方案。隧道自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)由區(qū)間隧道及地面觀測室兩塊部分組成（見圖 2-7），包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、控制系統(tǒng)、告警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)理等部分。主要監(jiān)測項(xiàng)目包括隧道拱頂垂直位移、水平位移、凈空收斂等。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U451

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2709273