软弱地层下穿隧道盾构施工对过水箱涵变形的影响分析

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近年来,我国城市地下空间发展突飞猛进,新一轮城市轨道交通建设也在井然有序地进行,盾构法因施工质量高、对地面交通影响小等优点在地铁修建中得到普遍应用。软弱地层内隧道下穿盾构施工会引发较大地表沉降,也将影响隧道周边建(构)筑物,致使盾构施工难度和风险增大,随之引发一系列工程安全问题。论文以天津地铁6号线景荔道站~天津大学北洋园校区站盾构区间工程为依托,综合采用理论分析、数值模拟和现场监测的方法,较为系统地分析了软弱地层内盾构隧道下穿施工引发过水箱涵变形的影响。论文主要研究工作和成果为:(1)分析了盾构法引起地层扰动的影响因素,划分了盾构施工地层扰动区,确定了过水箱涵变形控制指标,计算得到了过水箱涵截面最大容许挠度,基于Winkler地基模型理论,采用有限差分法得到了盾构开挖引起单桩竖向位移和水平位移方程。(2)采用Midas-GTS软件模拟了盾构隧道下穿过水箱涵的施工过程,研究了盾构施工对地表、过水箱涵及桩基的影响规律。研究表明,隧道右线和左线轴线上方地表变形曲线随盾构推进至不同施工阶段由“S”型转变为“Ω”型,过水箱涵竖向变形曲线从“V”型逐渐过渡到“W”型,双线隧道施工完成后各桩基竖向变形均达到最大,桩顶位置受上部箱涵整体沉降影响发生不同程度变形,桩身中下部受盾构施工影响发生竖直向上的变形,桩基最大水平位移位于桩身中部附近。(3)研究了盾构注浆加固措施对过水箱涵和桩基变形的影响规律,确定了最优加固断面形式,对比分析了不同注浆加固范围和注浆参数对箱涵和桩基变形的控制效果。研究表明,全断面加固对箱涵沉降的控制效果优于上半周180°加固和下半周180°加固,不同注浆加固范围可一定程度地减小箱涵竖向变形和桩基变形,为更好地控制箱涵和桩基变形,选取横向和纵向分别为3m和30m的注浆加固范围更为合理。(4)统计盾构下穿期间地表监测断面及过水箱涵测点数据,对比分析了现场监测数据与数值模拟结果,结果表明,二者所反映出的变形规律具有较好的一致性,验证了通过数值模拟分析盾构注浆控制过水箱涵变形的方法是可行的,可为实际施工提供一定的借鉴和参考。
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