【摘要】：論文依托北京地鐵14號線10.22m大直徑土壓平衡盾構(gòu)長距離掘進(jìn)控制工程實(shí)例,借鑒已有盾構(gòu)控制技術(shù)進(jìn)行快速施工創(chuàng)新,采用理論分析、數(shù)值計算、緊密結(jié)合現(xiàn)場測試和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的綜合研究方法,提出了大直徑盾構(gòu)機(jī)快速掘進(jìn)及管片配制安裝產(chǎn)生地表變形沉降規(guī)律及關(guān)鍵控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了月掘進(jìn)平均492m,最快641m/月的最高水平。研究將有利于促進(jìn)北京地鐵從“雙洞雙線”轉(zhuǎn)向“單洞雙線”線路敷設(shè)方式的轉(zhuǎn)變和建設(shè)方法的革新,意義重大。主要關(guān)鍵技術(shù)研究內(nèi)容有六項(xiàng)。 一、大盾構(gòu)引起的地表變形規(guī)律和分布特征 (1)地表沉降槽曲線符合Peck曲線(Gauss公式),地表沉降最大沉降大致在12.0mm到36.4mm之間；拱頂覆粘性土?xí)r,最大沉降值在12.0mm到25.9mm之間；拱頂覆砂性土?xí)r,最大沉降大致在20.4mm到36.4mm之間。 (2)地表沉降槽寬度系數(shù)i與隧道埋深z大致成正比關(guān)系,隧道拱頂為粘性土?xí)r,比例系數(shù)k約為4.7,地層損失率平均為0.40%；拱頂為砂性土?xí)r,比例系數(shù)k約為3.5,地層損失率平均為0.45%�？傮w看來,地層損失率大致在0.31-1.04%之間。 (3)地層損失Vs與漿液注入率大致成負(fù)指數(shù)關(guān)系：地表沉降最大值和沉降槽寬度均隨注漿量、土倉壓力的增大而減�。粩�(shù)據(jù)表明,漿液注入率控制在145-175%之間時,地表沉降控制較好。 二、地表變形預(yù)測方法 (1)本文建立的基于LS-SVM的地表沉降最大值以及地表沉降槽寬度預(yù)測模型可以考慮盾構(gòu)法關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)以及隧道埋深、拱頂覆土力學(xué)特性的影響,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)預(yù)測方法在此方面的不足,更貼合工程實(shí)際,便于工程推廣應(yīng)用。 (2)本文計算分析表明,相比線性函數(shù)和多項(xiàng)式核函數(shù),RBF核函數(shù)具有較強(qiáng)的統(tǒng)計學(xué)習(xí)及更高的泛化推廣能力,尤其適應(yīng)地表沉降最大值和沉降槽寬度的建模分析。 (3)基于LS-SVM建模分析,可以寫出地表最大沉降及沉降槽寬度與相關(guān)影響因素的顯式表達(dá),從而可以更加清晰認(rèn)識相關(guān)要素與地表沉降關(guān)鍵特征參數(shù)的作用機(jī)理。 三、大盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵技術(shù) (1)大盾構(gòu)成功始發(fā)的實(shí)踐證明,本工程主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選取旋噴方法進(jìn)行端頭加固可行的,反力架結(jié)構(gòu)推力荷載考慮2.7的安全系數(shù)是偏于安全的,通過負(fù)環(huán)管片拼裝前后的控制措施保證負(fù)環(huán)管片的成型質(zhì)量以及在盾構(gòu)臺車軌道上方鋪設(shè)鋼板解決了臺車輪組小半徑曲線轉(zhuǎn)彎問題的做法是合理的,對類似工程有較好參考價值。 (2)針對大直徑盾構(gòu)沿350m曲線半徑和27‰線路縱坡的困難始發(fā)條件,文中提出的始發(fā)反力架和基座安裝精度指標(biāo)是合理的,滿足了始發(fā)要求。 (3)理論建模計算分析表明,大直徑盾構(gòu)始發(fā)過程中其自重與托墊間的摩擦力產(chǎn)生的阻滯力矩不能滿足刀盤旋轉(zhuǎn)切削的掘進(jìn)要求,必須在其托墊和盾構(gòu)殼體之間采取抗扭矩措施。 四、渣土改良技術(shù)和同步注漿漿液配比 (1)注入濃度為5%泡沫和濃度為8%泥漿的渣土改良方案以及針對大直徑盾構(gòu)渣土攪拌進(jìn)行的泥漿、泡沫系統(tǒng)設(shè)置、管路獨(dú)立布置、添加口的數(shù)量和位置的設(shè)計,特別是渣土主動攪拌裝置的配備是成功的,滿足了生產(chǎn)需要。 (2)實(shí)踐表明,同步注漿采用雙液漿方案,漿液配比為水：水泥：泥漿：緩凝劑=1：1：0.3：0.013,以及每環(huán)漿液的注入量為14.1-15.3m3／環(huán)的做法是成功的。 五、隧道內(nèi)部會車浮放式道場系統(tǒng) (1)突破傳統(tǒng)固定式運(yùn)輸車場的限制,建立一種可適應(yīng)不同坡度并可在曲線段快速敷設(shè)的可移動式隧道內(nèi)雙道岔四軌會車浮放式道場,是實(shí)現(xiàn)長大隧道高效水平運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)關(guān)鍵,有助于發(fā)揮盾構(gòu)技術(shù)安全、迅速和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。 (2)本文建立的車場位置和運(yùn)輸距離模型是本工程在距始發(fā)位置1km和1.7km處設(shè)置會車浮放式道場的理論基礎(chǔ),對于其他行業(yè)長大隧道的建設(shè)也有重要的參考價值。 六、近接施工安全控制技術(shù) (1)構(gòu)建以合理盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選擇、地層渣土改良方案優(yōu)化和綜合注漿控制等為核心技術(shù)的主動控制技術(shù)體系,并依據(jù)環(huán)境條件復(fù)雜狀況,配合實(shí)施鄰近環(huán)境條件和建(構(gòu))筑物的現(xiàn)狀檢測、施工過程的數(shù)值化仿真以及必須的地層(和)或鄰近建(構(gòu))物加固措施,依然是復(fù)雜環(huán)境條件下直徑10.22m大盾構(gòu)地層微擾動控制技術(shù)的核心。 (2)對于大直徑盾構(gòu)在小半徑曲線上的施工,主動“鉸接”功能的配備和沿曲線長度范圍內(nèi)的合理操作順序至關(guān)重要,這是大盾構(gòu)姿態(tài)控制和減少對周圍地層擾動的關(guān)鍵技術(shù)措施之一。而完善的信息化施工和監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時反饋分析,是有效指導(dǎo)大盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程控制及盾尾同步注漿和二次補(bǔ)漿施工,嚴(yán)格控制地層沉降的保證。
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【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U455.43

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2346946