隨著城市軌道交通的大規(guī)模建設,新建隧道不可避免的穿越大量的既有建(構)筑物,導致穿越工程日益增多。隧道施工的任何輕微擾動均可能造成既有結構的較大變形,特別是新建隧道長距離密貼平行下穿既有隧道這類特殊的穿越工程,其影響范圍大,沉降可控性差,保障此類穿越過程中既有隧道結構的安全技術難度非常大。因此,本文以北京地鐵15號線奧林匹克公園站穿越既有大屯路隧道工程為依托,基于既有隧道結構現(xiàn)場檢測、評估與監(jiān)測,采用理論分析、現(xiàn)場試驗以及數(shù)值模擬相結合的技術手段對新建隧道長距離密貼平行下穿既有隧道的影響及其控制進行研究,取得以下主要研究成果:(1)基于既有穿越工程案例統(tǒng)計及分析,凝煉出下穿工程施工的主要影響因素,重點從穿越角度、夾層土厚度、新建隧道施工方案及既有隧道自身的安全狀態(tài)四個方面對新建隧道長距離密貼平行下穿既有大屯路隧道的風險進行分析,并在此基礎上提出了該穿越工程施工的關鍵技術要點。(2)基于彈性地基梁理論,以新建隧道穿越既有隧道雙孔閉合框架段為研究對象,建立了新建隧道長距離密貼和存在夾層土時平行下穿既有隧道的兩種理論計算模型,揭示了既有隧道沿縱向的工程響應規(guī)律。通過Matlab編程計算得到在既有結構的剛度變化、新建隧道的未支護區(qū)長度、土體基床系數(shù)等因素影響下,既有結構的變形和受力規(guī)律;并采用結構力學方法對該既有隧道沿橫向的受力響應進行了分析。以上結論均為新建隧道長距離密貼平行下穿既有大屯路隧道的變形控制措施和變形控制指標的提出提供了理論支撐。(3)提出了穿越施工帶裂縫工作的既有隧道結構變形控制標準的制定方法。根據(jù)既有隧道結構的工前檢測分析結果,首先采用層次分析和模糊綜合評價方法獲得既有隧道承載能力綜合折減系數(shù);隨后采用ABAQUS有限元軟件,對模型計算參數(shù)進行相應折減的基礎上,以既有結構裂縫臨界深度為判據(jù),計算得到既有大屯路隧道結構不同斷面的總沉降及差異沉降值。并從安全角度出發(fā),控制標準應從嚴選擇,以選定最終的控制標準值,為確保穿越工程施工過程中既有結構的安全提供了動態(tài)控制的依據(jù)。(4)為了實現(xiàn)對穿越全過程進行科學及精細化的風險控制,基于變位分配原理,運用了故障樹法、肯特模型法、三維仿真監(jiān)測及評價系統(tǒng)等方法,建立了系統(tǒng)的風險識別、科學的風險評價、動態(tài)的風險監(jiān)控和及時有效的風險應對四階段風險控制流程,實現(xiàn)了對穿越工程施工安全風險的系統(tǒng)化管理,保障了施工過程的安全。(5)為盡快形成預支撐體系,迅速轉移外部荷載,提出了一種新型的暗挖施工方法——單層導洞大直徑樁預撐支柱法,并研發(fā)了相應的成樁工藝及配套機具。該工法能夠有效地控制地層變形速率及最終變形值,適用于城市復雜環(huán)境下暗挖穿越既有隧道結構工程施工。(6)基于位移反分析法,對新建隧道長距離密貼平行下穿既有隧道結構施工全過程實施動態(tài)預測。以巖土樣本土工實驗結果作為初始參數(shù),對各施工步序進行反分析,確定了最佳地層參數(shù),實現(xiàn)了對目標斷面變形的精確預測。對比分析發(fā)現(xiàn),預測結果與現(xiàn)場實測結果基本保持一致,說明該方法能夠精確的指導施工,同時也驗證了新工法的可靠性。
【學位單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U455.4
【部分圖文】：

北京地鐵共有２２條運營線路，擁有３７０座運營車站（換乘車站重復計算，??不重復計算換乘車站則為２８８座），組成覆蓋北京市１１個市轄區(qū)，總長６０８公里??運營線路的軌道交通系統(tǒng)。如圖１－１所示。根據(jù)《北京市城市軌道交通第二期建??設規(guī)劃（２０１５－２０２１年）》，北京到２０２０年將形成３０條運營線路、總長１１７７公里??的軌道交通網(wǎng)絡。??北京地鐵線路圖１??Ｂｅ?ｌｉｎｇ?Ｓｕｂｗａｙ?Ｍａｐ?▲??＾＾??１?…，？一一一?＞．ｌ??導三：：：．＇．ｉ?‘？?ｆ?；?Ｌ?．?＊??＇職??■＾ｈ１－??Ｈｒ??＊＂Ａ￡Ａ＊！??ｄ■■界‘ｓａ－??圖１－１北京市２０１６年軌道交通運營線路圖??在城市環(huán)境下，軌道交通常常建設在人口密集區(qū)，尤其是重要的商業(yè)中心或政??務中心，這些區(qū)域路網(wǎng)密集、高樓林立、地下建（構）筑物復雜繁多，新建隧道不??可避免將穿越大量道路、橋梁、管線、既有地鐵線路、既有公路隧道及房屋等基礎??設施，由于復雜的地層條件，新建隧道施工將對周圍地層造成較大的擾

北京地鐵共有２２條運營線路，擁有３７０座運營車站（換乘車站重復計算，??不重復計算換乘車站則為２８８座），組成覆蓋北京市１１個市轄區(qū)，總長６０８公里??運營線路的軌道交通系統(tǒng)。如圖１－１所示。根據(jù)《北京市城市軌道交通第二期建??設規(guī)劃（２０１５－２０２１年）》，北京到２０２０年將形成３０條運營線路、總長１１７７公里??的軌道交通網(wǎng)絡。??北京地鐵線路圖１??Ｂｅ?ｌｉｎｇ?Ｓｕｂｗａｙ?Ｍａｐ?▲??＾＾??１?…，？一一一?＞．ｌ??導三：：：．＇．ｉ?‘？?ｆ?；?Ｌ?．?＊??＇職??■＾ｈ１－??Ｈｒ??＊＂Ａ￡Ａ＊！??ｄ■■界‘ｓａ－??圖１－１北京市２０１６年軌道交通運營線路圖??在城市環(huán)境下，軌道交通常常建設在人口密集區(qū)，尤其是重要的商業(yè)中心或政??務中心，這些區(qū)域路網(wǎng)密集、高樓林立、地下建（構）筑物復雜繁多，新建隧道不??可避免將穿越大量道路、橋梁、管線、既有地鐵線路、既有公路隧道及房屋等基礎??設施，由于復雜的地層條件，新建隧道施工將對周圍地層造成較大的擾

ＷｕＨＮ等人［１６＿１９］比較了?Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁模型和Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｍｏｕｌｌｉ梁模型，并指出??Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁模型充分考慮了險道的變形和內(nèi)力發(fā)展，克服了?Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｍｏｕｌｌｉ梁??模型中認為既有隧道剛度無限大的缺陷，兩種梁變形特征見圖１－３和圖１－４所示。??可見，采用Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁模型能更好地模擬既有隧道的變形與內(nèi)力。??ｄｖｔ；??形后??．Ｖ牛?）＼?、、、／、?Ｍ’＼?、＇／、－．??梁截面／?＇?梁截面…飛??Ｌａ?）?（」?｝??￥瘡俞?￥充５前??圖１－３?Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ梁變形特征?圖１－４?Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁變形特征??張頂立、李鵬飛、侯艷娟［２（）］依托廈門機場路隧道下穿地表復雜建筑群的工程，??采用現(xiàn)場實測統(tǒng)計分析、數(shù)值模擬和理論分析等方法，揭示了隧道施工影響下地表??建筑物的力學響應、變形規(guī)律及破壞模式。??賀美德、劉軍、樂貴平等［２１］以北京地鐵盾構區(qū)間隧道近距離側穿高層建筑為??背景，采用有限元計算和現(xiàn)場監(jiān)測相結合的方法，分析了盾構到達建筑物之前、??穿越工程中及盾構離幵后三個施工階段
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本文編號：2865516