【摘要】：近幾年,我國掀起了城市地鐵盾構(gòu)隧道建設(shè)的熱潮,新建隧道盾構(gòu)從上方或下方穿越既有隧道的工程狀況越來越普遍。但是,新建隧道上下穿越既有隧道,在地下空間形成多層次多隧道相互疊交的復(fù)雜形式尚不多見,相關(guān)理論研究也落后于工程實踐。隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善,多線疊交隧道的出現(xiàn)在所難免。為此,本文以上海地區(qū)新建11號線隧道盾構(gòu)先下后上近距離穿越既有4號線平行隧道形成三層隧道四線疊交的特殊工況為背景,采用室內(nèi)模型試驗、數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法,研究了新建隧道盾構(gòu)施工和列車荷載作用下既有隧道的變形控制問題。論文的主要研究工作如下:(1)確定“土體-盾構(gòu)施工-列車荷載”系統(tǒng)的參量,基于量綱分析法推導了系統(tǒng)的相似準則。進行常規(guī)重力場下盾構(gòu)施工的排液法模型試驗,模擬了土體開挖卸荷、地層損失和同步注漿的前移過程,研究地層損失和同步注漿對縱向、橫向地表變形的影響,揭示新建隧道周圍土顆粒的運動規(guī)律。(2)建立新建11號線上下近距離穿越既有4號線盾構(gòu)施工的三維有限元模型,利用單元“生”“死”、改變單元屬性和施加面力等方法實現(xiàn)土體開挖、支護壓力施加、注漿壓力施加、管片拼裝和漿液逐步硬化等動態(tài)施工過程的精細化模擬,考慮既有隧道周圍土壓力的分布規(guī)律,結(jié)合既有隧道豎向位移的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),研究新建隧道盾構(gòu)下穿施工時土倉壓力和注漿壓力以及上穿施工時壓重范圍和壓重量對既有隧道變形的影響。(3)通過地鐵列車移動輪載法、人工激振力函數(shù)法和列車荷載數(shù)定分析法3種方法計算上海地鐵列車荷載時程,考慮管片-土體及管片間的接觸特性和縱向螺栓的連接作用,建立道床-襯砌-土體系統(tǒng)三維動力有限元計算模型,采用Newmarkβ法求解隱式積分方程,利用荷載子程序DLOAD實現(xiàn)列車荷載的移動施加,分析比較了3種計算方法所得地鐵列車荷載作用下道床單元和土體單元動應(yīng)力以及道床點豎向位移和加速度響應(yīng)的差異,為模型試驗中列車荷載的確定提供依據(jù)。(4)提出一種模擬地鐵列車移動輪載的室內(nèi)模型試驗方法,負有鐵塊的列車車輛模型通過電機牽引著在盾構(gòu)隧道內(nèi)移動,隧道結(jié)構(gòu)包括襯砌管片環(huán)、整體道床、鋼軌和軌枕模型,以研究不同地鐵列車移動輪載大小、列車速度以及隧道埋深直徑比情況下,既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和加速度響應(yīng)規(guī)律。(5)以新建隧道上下夾穿單根既有隧道為背景,交替進行新建隧道排液和既有隧道內(nèi)的移動輪載試驗,對比分析“先下后上”和“先上后下”2種穿越順序盾構(gòu)施工和列車荷載作用下既有隧道的變形規(guī)律。(6)引入既有隧道豎向位移相對變化量與新建隧道外徑的比值作為施工期間既有隧道擾動程度的評價指標,結(jié)合上海軟土地區(qū)新建隧道穿越既有隧道的工程實例提出了既有隧道微擾動判定指標的初步取值,總結(jié)了既有隧道微擾動的控制措施。以減小既有隧道的擾動次數(shù)為原則,分上下新建隧道中心線重合和不重合2種情況討論了軟土地區(qū)多線疊交的穿越順序。實際工程以盾構(gòu)推進過程中既有隧道變形的“可控性”為目標,采用“先下后上”的穿越順序進行施工。最后,對本文研究所取得的成果進行了總結(jié),對論文的不足之處和研究展望進行了討論,以期為多線疊交盾構(gòu)施工過程中既有隧道的變形控制提供參考。
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【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U455.43;U456

【參考文獻】

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本文編號：2450601