随着城市的发展,地面交通的压力越来越大,修建地铁已经成为各大城市解决交通难题的首要办法。很多发达城市常会出现多条地铁线路交叉的情况,这样就会出现新建的地铁车站或隧道区间必须下穿既有的车站和区间,势必会导致地铁隧道埋深的增加。目前修建深埋地铁隧道常采用盾构施工方法,盾构始发是盾构施工过程中最重要的环节之一,也是最容易出现安全事故的一环。深埋情况下由于端头井土体加固困难,且加固效果不易控制;洞口凿除墙体时容易出现涌水、涌砂现象,并造成安全事故。针对以上问题,本文采用数值模拟和理论分析的方法相结合判定土质隧道深、浅埋划分界限,研究深埋盾构始发洞口土体变形规律,以及深埋盾构洞口地下连续墙的设计方法,并对深埋盾构始发施工方法进行研究。具体内容包括以下四个方面:(1)土质隧道埋深界限划分通过数值模拟和理论分析的方法相结合判定土质隧道深、浅埋划分界限。基于普式理论的塌落拱破坏模式,引入相关假定,推导塌落拱高度与隧道埋深的关系式;提出隧道填塞理论,引入土体松散系数,推导出塌落拱高度计算式,再带入塌落拱高度与隧道埋深的关系式,得到的埋深可以作为隧道深、浅埋的界限埋深。采用三维数值模拟的方法分析隧道顶部上方土体开挖前后竖向应力比值与隧道埋深的关系曲线,以及地表沉降曲线,综合对比分析得到隧道深、浅埋的划分界限。(2)深埋盾构始发洞口土体变形规律和影响因素分析1)采用三维数值模拟软件FLAC3D分析深埋盾构始发洞口地下连续墙破除后,洞口土体的变形规律、地表沉降以及洞口土体塌落的区域范围,确定洞口土体的塌落高度。2)依次分析隧道埋深、隧道直径和土体弹性模量三个参数对洞口土体变形及地表沉降的影响,并比较三者的影响程度。(3)深埋盾构洞口地下连续墙设计研究1)玻璃纤维筋和钢筋搭接试验研究。通过玻璃纤维筋和钢筋连接的单项抗拉试验分析U型卡扣的连接性能,提出连接玻璃纤维筋和钢筋的U型卡扣的合理数量、U型卡扣之间间距以及二者的连接工艺。2)按照洞口塌落区域土体主动土压力对钢筋混凝土地下连续墙和玻璃纤维筋混凝土地下连续墙进行正截面和斜截面承载力验算,对深埋盾构洞口处的地下连续墙构造配筋提出建议。(4)盾构始发施工方法研究1)盾构始发洞口的辅助施工方法——安装外延钢套环。分析钢套环的理论计算长度,给出钢套环理论长度的计算公式,以及钢套环的构造尺寸和安装流程。2)盾构始发洞口密封方法。通过室内相似模型压水试验研究盾构始发洞口的密封性能,得到气囊压力和水压的试验参数,以试验模型盾构直径与实际工程盾构直径的比值作为相似比,将试验参数应用到工程中,可以为盾构始发洞口密封气囊的初始压力设定提供参考;盾构始发洞口有无钢套环的情况下,分别提出橡胶帘布气囊作为洞口密封装置的结构构造。3)通过数值模拟的方法研究深埋盾构始发盾构推力对洞口土体变形和地表沉降的影响,确定始发盾构推力的取值。4)深埋盾构始发阶段建立土仓压力后,根据掌子面塌落区土体主动土压力计算土仓压力,确定土仓压力的取值范围。