复合地层曲线盾构隧道施工的周边环境效应研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gtlclx001
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
我国以地铁建设为龙头的城市地下空间开发正迅猛发展,地下结构空间分布日益密集,新建地铁线路常以曲线和近接的方式避让既有地下结构物,增加了地铁隧道施工安全风险。依托南京地铁 7 号线区间盾构隧道穿越立交工程,工程中万寿村站~丁家庄站区间线路多段穿越上软下硬复合地层,开挖面上半部分主要为粉质黏土,下半部分存在闪长岩、粉砂岩和泥岩多种情况。线路以R=450m的曲线隧道近接栖霞大道跨经五路高架桥 29#桥墩桩基,桩型为钻孔灌注桩,桩径 1.5m,桩长 27m,与区间最小水平净距1.26m;线路拐向东南后又近接涂家营桥桩基,桩型为钻孔灌注桩,桩径 1.0m,桩长23m,与区间最小水平净距3.6m。复合地层、曲线隧道和近接桥梁桩基是该区间工程的重大风险源。本文综合运用数值仿真和现场监测相结合的研究方法,开展复合地层曲线盾构隧道施工的周边环境效应研究,主要研究成果如下:
  (1)统计分析万寿村站~丁家庄站区间盾构隧道的施工掘进参数及周围环境现场监测数据,发现千斤顶总推力、土仓压力及刀盘扭矩等盾构施工参数受地层变化影响显著,地层强度越大,总推力越大,土压力越大,刀盘扭矩越大。盾构机于粉质黏土中掘进时,宜选择总推力10000~12000kN,土压力0.12~0.14MPa,刀盘扭矩1800~2000kN·m;于闪长岩中掘进时,总推力至少为 15000kN ,土压力至少为 0.20MPa ,刀盘扭矩至少为3000kN·m;盾构机于复合地层中掘进时,应根据掌子面洞内土体占比,选择合适的盾构参数;
  (2)利用Gap间隙参数法,建立了考虑盾构机尺寸、铰接装置参数和曲线半径等影响因素的盾构隧道地层损失量计算公式,计算典型铰接角和隧道曲线半径下的盾构隧道地层损失量;
  (3)建立复合地层曲线盾构隧道三维数值仿真模型,利用现场实测数据验证了数值模型的可靠性。计算分析隧道曲线半径和地层分布对施工环境的影响规律,分析得出曲线隧道施工造成的超挖量对地表沉降影响显著,超挖量越大,沉降量越大,10mm超挖量会导致约2.08mm的沉降增量;隧道于复合地层中掘进时,开挖面软弱土体占比越大,地表沉降越大,土体占比升高10%,地表沉降增大约2.1mm;
  (4)建立复合地层曲线盾构隧道近接桥梁桩基三维数值仿真模型,探究隧道曲线半径、隧道与桩的水平净距和地层分布对既有桥梁桩基位移的影响,分析发现隧道曲线半径越小,地层损失越大,桩体横向位移越大。当曲线半径为300m时,桩顶横向位移约14.56mm;桩体自身变形随桩体与隧道的水平净距增大而减小,净距增大1m,桩体横向位移、纵向位移均减小 1.67mm;桩间差异沉降受地层分布影响显著,隧道开挖面软弱土体占比越大,桩间差异沉降越大。单一粉质黏土地层中,因隧道开挖引起的桩间差异沉降达 6.77mm,软弱土体占比 30%的复合地层隧道开挖引起的桩间差异沉降为2.34mm;
  (5)计算分析盾构隧道掘进对经五路高架桥与涂家营桥的桩体变形的影响,经五路高架桥桩体最大横向位移12.7mm,最大竖向位移8.4mm,桩间差异沉降4.9mm;涂家营桥桩体最大横向位移6.8mm,最大竖向位移8.3mm,桩间差异沉降5.4mm。经五路高架桥桩和涂家营桥桩的横向位移均超出桥桩横向位移控制值,需采取控制措施保证施工安全。根据数值模拟计算结果,提出重点监测隧道纠偏量,控制壁后注浆量等措施控制桩体变形,保证施工安全。
其他文献
预应力混凝土箱梁桥由于其设计理论的日益完善,施工工艺的愈加成熟以及桥梁跨径的不断增长,在工程中得到广泛使用。与此同时,运营中的预应力混凝土箱梁桥主梁下挠、腹板开裂等病害日益突出,已成为桥梁工程界亟待解决的问题。波形钢腹板PC组合箱梁桥的褶皱效应能大幅度提高纵向预应力施加效率,有效改善主梁下挠问题,同时钢腹板的使用从根本上解决了腹板开裂病害。因此研究波形钢腹板PC组合箱梁桥的受力性能,对比其较预应力
结构在运营过程中,由于受到各种荷载和突发灾害的影响,结构强度降低及损伤积累将不可避免,这些病害会导致结构正常工作能力的下降,甚至致使结构破坏引起灾难性事故。因此,结构损伤识别对保证结构安全运营具有重要意义。固有频率作为全局性指标,具有测试方法简便、精度较高等优点,因此基于固有频率的结构损伤识别方法在实际工程中具有广阔的应用前景。本文以梁结构为研究对象,将摄动理论与模式识别技术相结合对结构损伤识别进
学位
随着我国交通运输业的快速发展以及人们对便捷交通的迫切需求,大量跨航道桥梁被建立并投入使用。与此同时,船舶吨级、数量及航速也有很大程度的提升。这二者的快速发展导致船桥碰撞事故日益频发,且碰撞所造成的后果也愈发严重。因此,在桥梁结构的设计建造及使用过程中,船舶撞击荷载已经成为威胁桥梁安全的不可忽视的因素。本文采用有限元数值仿真方法及经验公式法,对桥梁在船舶撞击荷载下的响应及船桥碰撞等效静力计算方法进行
学位
波浪在近岸传播过程中由于受到水深变化、地形变化、障碍物、底部摩擦等因素影响,将发生折射、反射、绕射、破碎等一系列的波浪变形现象,其产生的冲击压力对防波堤和护岸结构物可造成不同程度的损坏。因此,波浪是规划与设计近岸结构物时所需考虑的主要因素之一。本文通过结合开源流体力学计算软件OpenFOAM和有限元软件ABAQUS分别建立数值波浪水槽模型和弧形防浪墙模型,对近岸波浪传播变形、荷载预测以及弧形防浪墙
桥梁结构的运营环境复杂多变,服役过程中难免出现材料老化、局部开裂、整体损伤的情况。因此,有效识别桥梁结构的损伤,实时监控桥梁的运营状态,对保障人民生命财产安全和国民经济持续健康发展具有重大意义。损伤识别依赖准确的有限元模型,能否通过模型修正得到能够反映结构实际静动力学特性的有限元模型至关重要。固有频率是能够反映结构振动整体特性的全局量,对结构刚度改变敏感,测试简便且精度高,被广泛用于桥梁结构的损伤
学位
随着航运业的飞速发展,世界各地开展了大规模的港口建设。通常情况下,港址多选择在自然条件优越的地区,近年来,由于越来越多的建港需求,新港址的选择需要面临海洋环境恶劣、软黏土地基分布广泛的地区。软黏土的物理力学性质复杂,在循环荷载作用下会发生强度弱化现象,导致地基承载力降低,进一步威胁结构的安全运行。因此,探究软黏土在循环荷载作用下的动力特性以及地基弱化对结构稳定性的影响具有重要意义。提出了软黏土不排
海上风能作为一种可再生能源,可以有效缓解我国的能源短缺问题。目前海上风电机中使用最多的基础形式为大直径单桩基础。由于水流的冲刷作用,桩基周围会形成冲刷坑,从而影响其水平承载力。本文结合模型试验和数值模拟方法,分别研究了水平静载和水平循环荷载作用下,冲刷对砂土中大直径单桩基础水平承载力的影响。所做主要工作和研究成果如下:(1)开展水平静力与水平循环加载模型试验,基于模型试验结果分析了冲刷对桩基水平承
准确的有限元模型是进行健康监测、静动力响应再分析、结构优化、损伤识别等工作的前提。然而,由于施工误差、环境作用、材料参数简化及结构边界理想化等原因,依据设计图纸建立的有限元模型通常与实际结构存在着一定的差异,难以保证结构分析的可靠性,因此需要对初始有限元模型进行修正。传统的有限元模型修正方法存在着较多的不足,如基于灵敏度分析的参数筛选不够准确、重复调用有限元软件导致计算成本过大等。为减少模型修正的
学位
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)因其轻质、高强、耐腐蚀等优越的性能,学者们对其进行了大量力学性能的研究,在桥梁结构中也得到广泛应用,但其刚度低、延性差、脆性破坏等缺点同样不容忽视。而钢材具有高弹模、延展性好但易腐蚀的特点,可见二者具有极强的互补性,因此本文考虑将二者结合:将FRP和钢材复合与混凝土通过剪力连接件组合形成一种新型FRP/钢-混凝土组合梁,结
学位
自然界的岩体内包含了大量的如节理、断层、层面等不连续结构面,这些不连续结构面使得岩体的力学性质与岩石有很大差异。研究表明,节理的力学特性对岩体强度以及稳定性有着至关重要的影响。在过去的几十年中,岩石力学、地球物理、地震工程的科研工作者对应力波入射节理岩体的各种情况进行了大量的理论和实验研究。现在的研究大多局限于一维状态下应力波垂直入射的情况,而自然界中倾斜入射的状况才是更为常见和普遍存在的。应力波
学位