盾构穿越既有隧道变形特征与控制研究

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盾构隧道施工相比传统隧道施工具有挖掘速度快,自动化程度高,施工劳动强度低,不影响地下管线设施,不影响航运,不受季节、风雨等气候条件影响,且在松软含水地层中更有技术和经济优越性的优点,被广泛用于城市地下基础设施建设中。我国也在近几年的隧道建设中,成果显著。截止至2021年底全国地铁运营里程达到9192.6km,预计2022年我国城市轨道累计运营线路长度将超过1万公里,同比增长15.2%。随着城市基础设施不断建设,新建隧道近接或超近接施工在所难免。盾构隧道下穿既有隧道与盾构叠落穿越施工都是较复杂的近接施工类型,由此带来的叠加效应会对新建隧道本身及附近建(构)筑物产生极其不利的安全影响。因此,研究盾构穿越施工变形特性、受力特性及其影响因素,并针对既有隧道提出具体的加固措施具有重要意义。本文主要研究内容如下:(1)依托深圳沿江高速工程,和某富水砂层叠落区间盾构工程,通过ABAQUS数值模拟建立其三维计算模型,详细介绍数值模拟过程,分析新建隧道对既有隧道的作用区间及监测点的影响时间,分析既有隧道施工变形特点,并与论文中监测数据进行对比,验证模型的正确性。(2)为分析新建隧道施工诱发既有沉管隧道变形的主要因素,介绍泥水平衡盾构施工工艺,总结泥水盾构施工诱发地层变形因素,从中选取掌子面支护力、夹土层力学性质、新旧隧道净距作为因变量,以沉管隧道底板沉降、垂直收敛、垂直挠曲、差异沉降、底板弯矩5个指标考察对既有沉管变形与受力的影响。采用正交试验设计方法,并进行极差分析,探究影响因素排序。(3)为探究叠落区间上线隧道开挖对既有下线隧道的影响,通过数值模拟手段对工程中较为典型的4个叠落段建立三维模型,揭示隧道净距、圆心连线角度对既有隧道变形受力的影响。(4)为保障既有隧道及施工安全,对既有隧道提出两种加固措施,利用数值模拟对其单独作用与联合作用进行对比研究,以隧道收敛变形及挠曲变形作为考察指标考察其加固有效性,得到了联合加固更有效的结论。
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