盾构隧道交叉近接运营地铁隧道地层变形规律及其控制技术研究

摘要

城市化建设的推进，将地铁建设引入一个新的高潮，地下空间的局限性使得隧道近接情况日趋频繁，因此有必要开展盾构隧道交叉近接运营地铁隧道地层变形规律及其控制技术研究。本文以长沙市轨道交通3号线交叉下穿运营地铁1号线为工程依托，通过数值模拟及现场测试对红层地层盾构交叉近接施工地层变形规律进行分析;通过数值模拟及信息化监测系统的反馈分析对红层地层盾构交叉近接施工控制技术进行研究。得到以下结论:
　　(1)在红层地层变形规律方面，研究得到在新建隧道拱顶1.5D至地表以及在新建隧道拱顶1D范围内竖向位移随埋深均趋于线性变化，且后者位移随埋深的变化速率较前者提高了50％左右，速率发生变化是在新建隧道拱顶1D～1.5D的范围内。当先行隧道施工完成，既有管片底部位移占新建隧道拱顶位移的56％，既有隧道拱顶位移占新建隧道拱顶位移的43％，地表位移占新建隧道拱顶位移的28％;同时，右线开挖对左线隧道拱顶上方地中位移造成了不同程度的影响，其影响程度随着埋深的增大而逐渐降低。
　　(2)在盾构掘进参数对地层扰动规律方面，研究得到土舱压力及同步注浆压力的增大均对地层竖向位移起到限制作用。从地表横向位移来看，随着土舱压力的增大位移增长比逐渐趋于平缓，土舱压力在0.24MPa以内变动时对地表竖向位移的限制效果较为明显;同步注浆压力对地表沉降的影响较为显著，位移增长比随同步注浆压力基本呈线性变化，控制同步注浆压力对于控制地表变形起着至关重要的作用。从地表纵向位移来看，随着土舱压力的增大，掌子面前方4倍洞径左右地表有隆起现象，表明当土舱压力过大，会导致前方土体隆起变形，但同步注浆压力对盾构前方的隆陷变形影响不大。
　　(3)从盾构掘进参数对运营地铁隧道结构影响来看，土舱压力及同步注浆压力的增大有助于减小轨道板的不均匀沉降，且土舱压力在0.24MPa以内变动时对既有隧道轨向不均匀沉降的限制是明显的;另外，拱顶弯矩随着土舱压力和同步注浆压力的增大而呈现增大趋势，左侧墙角轴力随着土舱压力和同步注浆压力的增大也呈现增大的趋势，但影响均不明显。
　　(4)从盾构施工控制角度来看，当土舱压力在0.08MPa～0.24MPa时，同步注浆压力在0.2MPa～0.5MPa时，盾构掘进过程中地表隆陷以及既有隧道结构的变形可得到有效控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 红层地层修建盾构隧道的发展现状

1．2．2 盾构隧道地层变形规律研究现状

1．2．3 盾构隧道下穿既有隧道施工研究现状

1．2．4 盾构隧道施工控制技术研究现状

1．3 研究内容及研究方法

1．3．1 研究目标与研究内容

1．3．2 拟解决的关键问题

1．3．3 技术路线

第2章 红层地层盾构施工地层变形规律分析

2．1 总体研究思路

2．2 基于数值模拟的土体变形规律研究

2．2．1 数值模型的建立

2．2．2 计算参数的选取

2．2．3 地中位移变化规律分析

2．3 基于现场测试的土体变形规律研究

2．3．1 测试方案

2．3．2 数据分析

2．4 本章小结

第3章 红层地层盾构隧道交叉近接运营地铁隧道施工控制技术研究

3．1 数值模拟方案设计

3．1．1 盾构施工三维数值模拟思路及目的

3．1．2 数值模拟参数选取及模拟工况

3．2 三维数值模拟模型的建立

3．2．1 盾构掘进的模拟

3．2．2 土舱压力的模拟

3．2．3 同步注浆的模拟

3．2．4 盾尾空隙的模拟

3．2．5 管片的模拟

3．2．6 动态施工过程模拟

3．3 数值模拟计算结果分析

3．3．1 土舱压力对比分析

3．3．2 注浆压力对比分析

3．4 本章小结

第4章 红层地层盾构隧道交叉近接运营地铁隧道信息化监测与反馈分析

4．1 工程概况

4．1．1 长沙地铁三号线线路概况

4．1．2 工程地质概况

4．1．3 水文地质概况

4．2 盾构掘进参数分析

4．3 红层地层盾构隧道施工信息化监测与反馈分析

4．3．1 既有隧道信息化监测系统

4．3．2 既有隧道监控测量布设方案及原则

4．3．3 监测数据处理及分析

4．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果