雙圓盾構(gòu)穿越下立交結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)行為及抗震特性研究.pdf

1、隨著國內(nèi)外地鐵等地下管網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展、城市地下空間開發(fā)利用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，盾構(gòu)施工不斷向大深度、急曲線、長距離、大直徑、斷面最佳化的方向發(fā)展，同時(shí)雙圓盾構(gòu)和各類異形盾構(gòu)成功地用于地鐵區(qū)間隧道和深埋車站等地下工程。由于各種市政、交通、民防、等設(shè)施轉(zhuǎn)入地下，大城市繁華市區(qū)地下空間越來越擁擠，近距離穿越已建地下結(jié)構(gòu)的情況已不可避免。雙圓盾構(gòu)在軟土地層中長距離穿越建(構(gòu))筑物仍然是地鐵建設(shè)中的復(fù)雜技術(shù)難題之一，且具有較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。
　

2、　 本文依托上海軌道交通M10線雙圓盾構(gòu)區(qū)間隧道工程，通過數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、原位監(jiān)測(cè)及理論分析，系統(tǒng)研究了雙圓盾構(gòu)在自由場(chǎng)及三面封閉條件下施工土體擾動(dòng)特征、雙圓盾構(gòu)與其上方已建下立交結(jié)構(gòu)的施工共同作用規(guī)律、下立交結(jié)構(gòu)對(duì)雙圓盾構(gòu)隧道的抗震性能的影響，并針對(duì)施工災(zāi)害，提出了相應(yīng)的施工對(duì)策。研究成果具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1、通過自由場(chǎng)段雙圓盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)分析了盾構(gòu)施工擾動(dòng)引起的土體位移

3、場(chǎng)特征、孔隙水壓變化特征，并對(duì)雙圓盾構(gòu)主要施工參數(shù)(土艙壓力、注漿量、推進(jìn)速度)進(jìn)行敏感性分析，歸納減小雙圓盾構(gòu)施工環(huán)境土工損傷的控制措施，為雙圓盾構(gòu)在下立交下推進(jìn)總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
　　 2、基于荷載-結(jié)構(gòu)法，利用FORTRAN編制了相關(guān)程序，分析了雙圓盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力大小及分布規(guī)律。
　　 3、基于流固耦合分析理論，利用快速拉格朗日有限差分法對(duì)自由場(chǎng)下雙圓盾構(gòu)隧道施工力學(xué)行為進(jìn)行研究。分析了雙圓盾構(gòu)施工土體沉降及超孔隙

4、水壓力的特征、量值與范圍，并與監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比，揭示了雙圓盾構(gòu)掘進(jìn)環(huán)境土工影響特征。并考慮流固耦合效應(yīng)作用時(shí)，正面支護(hù)壓力對(duì)開挖面穩(wěn)定性的影響。
　　 4、利用彈性力學(xué)Mindlin解，推導(dǎo)得到了雙圓盾構(gòu)正面附加推力、盾殼與土體之間的摩擦力引起的附加應(yīng)力計(jì)算公式，對(duì)雙圓盾構(gòu)施工在下立交底板上引起的附加荷載進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：正面附加推力引起的附加荷載較小，開挖面前方下立交底板上產(chǎn)生壓力、后方產(chǎn)生拉力，拉力較壓力小很多；盾殼摩擦

5、力引起的附加荷載分布規(guī)律與正面附加推力相似，但其引起的附加荷載較大，在兩者共同作用中占主要地位；底板與盾構(gòu)凈間距、埋深、土體粘聚力對(duì)附加荷載大小及分布均有顯著影響。
　　 5、將自由場(chǎng)下得到的經(jīng)施工監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)的數(shù)值模擬分析結(jié)果，用于在下立交下雙圓盾構(gòu)推進(jìn)數(shù)值模擬分析，用以預(yù)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)下立交底板的影響。研究結(jié)果表明：在三面封閉的條件下，盾構(gòu)施工引起的正超孔壓很難向外界消散、負(fù)超孔壓也很難得到外界水位的補(bǔ)給；在開挖面前方，底板受到擠

6、壓力，且擠壓力主要由超孔隙水壓力組成；沿橫向方向，作用在下立交底板下的超孔隙水壓力分布較均勻，而土體顆粒的擠壓力則主要分布在其中線附近；下立交結(jié)構(gòu)的剛性位移是引起底板沉降的主要原因，底板彎曲變形引起的沉降較小，變形最大值在盾尾脫離時(shí)取得。
　　 6、研究了盾構(gòu)在下立交底板和地下連續(xù)墻三面封閉的情況下施工時(shí)，開設(shè)泄壓孔對(duì)調(diào)整改善下立交底板受力性能效果。泄壓孔不僅可釋放因盾構(gòu)推進(jìn)施工時(shí)所產(chǎn)生的水土壓力，又可用以補(bǔ)壓漿用以彌補(bǔ)因盾構(gòu)施

7、工引起的地層損失，避免盾構(gòu)施工對(duì)下立交主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大變形。該技術(shù)獲得了相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、填補(bǔ)了國內(nèi)在此方面技術(shù)的空白。
　　 7、采用現(xiàn)場(chǎng)原位監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的研究方法，對(duì)雙圓盾構(gòu)隧道重疊下穿施工引起的上方已建下立交結(jié)構(gòu)底板的縱向位移、附加荷載、附加內(nèi)力及下立交底板下土體中的擾動(dòng)位移、超孔隙水壓力進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。
　　 8、利用動(dòng)力有限差分方法對(duì)雙圓盾構(gòu)隧道在有、無下立交兩種工況下，其周邊土體的液化性狀、隧道結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)進(jìn)行了