小曲线叠落式隧道近接影响分区及变形控制技术研究
|
摘要
针对城市地下工程的近接施工问题,围绕近接影响分区、地层变形控制、施工方案优化等关键技术,论文依托北京地铁六号线南锣鼓巷站-东四站区间叠落隧道工程,采用工程类比分析、数值模拟与现场监测等方法对小曲线叠落式隧道施工关键技术进行系统研究,主要研究成果如下：
(1)结合叠落隧道近接影响分区的理论,提出基于地层附加变形的近接影响分区判断准则,采用数值模拟方法,从地表附加变形、洞周附加变形、地层塑性区分布等角度分析了暗挖、盾构叠落隧道近接施工以及两孔叠落盾构隧道近接施工的相互影响程度,将近接影响分区划分为强、弱和无影响区3个区域。
(2)对比暗挖、盾构叠落隧道及两孔盾构叠落隧道近接影响分区情况,得出盾构法开挖能够较好地控制叠落隧道相互影响程度,减小叠落隧道施工风险。针对叠落隧道近接施工特点,总结提出近接隧道施工对策。
(3)采用数值模拟方法分析了小半径曲线条件下盾构施工引起周边地层变形规律,隧道曲线线形导致隧道周边地层变形及塑性区呈不对称分布,曲线半径越小,地层变形及塑性区不对称性越明显；通过在隧道周边设软弱等代层模拟盾构超挖、盾尾空隙以及注浆等,等代层厚度越大,地层变形越大；在曲线段盾构左右不对称推力影响下,两侧不对称推力差值越大地表沉降槽不对称性越明显,千斤顶的总推力越大地表沉降值越小。结合小半径曲线条件下盾构施工特性,总结提出小曲线段盾构施工对策。
(4)应用叠落式隧道近接影响分区研究结果对北京地铁六号线南锣鼓巷站-东四站区间叠落隧道工程进行近接影响分区,通过工程实践和现场监测表明,本文所进行的近接施工影响研究以及小曲线盾构隧道施工地层变形规律研究是科学合理的。通过对比暗挖、盾构叠落段与两孔盾构叠落段现场监测数据,得出盾构法施工能有效控制地表变形,减小施工扰动,降低施工风险。
This paper has a systematic study on the key construction technology of overlapping tunnel with small radius curve through engineering analogy, numerical calculation and on-site measure, and so on, which takes the Nanluoguxiang Station-East station overlapping tunnel section project of Beijing Metro Line6as background, aiming at adjacent excavation problem of urban uderground, around the adjacent influenced partition, strata deformation control and optimization of construction scheme and other key technologies.The following achievement and outcome was gained:
(1) Combined with the basic theory of adjacent influenced partition, the paper puts forward the standard of adjacent construction influenced partition for overlapped tunnel based on the additional deformation. And then with numerical calculation method, the paper analyzes mutual influence degree of excavation-shield overlapping tunnel and two-hole overlapping shield tunnel, from surface additional deformation, tunnel side additional deformation and plastic zone layout, divides adjacent partition into3areas(intensive-effect area, weak-effect area, no-effect area).
(2) Contrast to the mutual influence degree of excavation-shield overlapping tunnel and two-hole overlapping shield tunnel, this paper concluded that the shield excavation can better control the mutual influence and the construction risk of overlapping tunnel. And then, the paper puts forward proper construction-safety controlling countermeasures, aiming at the adjacent construction characteristics.
(3) Through numerical calculation method, this paper has a study on the surrounding strata deformation law caused by shield at small radius curve condition. The construction of shield tunnel with small radius curve leads to the asymmetric distribution of the strata deformation and plastic zone, the smaller the curve radius, the more obvious the asymmetry of strata deformation and plastic zone. Use the equivalent circle zone simulate the overbreak of the shield, shield tail interspace, grouting, and so on, the thicker the equivalent circle zone, the greater the stratum deformation. About the impact of asymmetric thrust, the greater the difference of left and right, the more obvious the asymmetry of strata deformation, the greater the total jack thrust, the smaller the surface settlement. And then, the paper puts forward proper construction-safety controlling countermeasures, aiming at the tunnel construction with small radius curve.
(4) The research result of the overlapping tunnel adjacent partition has been fully applied in Nanluoguxiang Station-East station overlapping tunnel section project of Beijing Metro Line6. The research result of the overlapping tunnel adjacent partition and the surrounding strata deformation law caused by shield at small radius curve condition was considered to be scientific and rational according to the project and field testing result. Contrast to the monitoring results of the excavation-shield overlapping tunnel project and two-hole overlapping shield tunnel project, this paper concluded that the shield excavation can better control the surface settlement, Reduce the construction disturbance and risk.
(1)结合叠落隧道近接影响分区的理论,提出基于地层附加变形的近接影响分区判断准则,采用数值模拟方法,从地表附加变形、洞周附加变形、地层塑性区分布等角度分析了暗挖、盾构叠落隧道近接施工以及两孔叠落盾构隧道近接施工的相互影响程度,将近接影响分区划分为强、弱和无影响区3个区域。
(2)对比暗挖、盾构叠落隧道及两孔盾构叠落隧道近接影响分区情况,得出盾构法开挖能够较好地控制叠落隧道相互影响程度,减小叠落隧道施工风险。针对叠落隧道近接施工特点,总结提出近接隧道施工对策。
(3)采用数值模拟方法分析了小半径曲线条件下盾构施工引起周边地层变形规律,隧道曲线线形导致隧道周边地层变形及塑性区呈不对称分布,曲线半径越小,地层变形及塑性区不对称性越明显；通过在隧道周边设软弱等代层模拟盾构超挖、盾尾空隙以及注浆等,等代层厚度越大,地层变形越大；在曲线段盾构左右不对称推力影响下,两侧不对称推力差值越大地表沉降槽不对称性越明显,千斤顶的总推力越大地表沉降值越小。结合小半径曲线条件下盾构施工特性,总结提出小曲线段盾构施工对策。
(4)应用叠落式隧道近接影响分区研究结果对北京地铁六号线南锣鼓巷站-东四站区间叠落隧道工程进行近接影响分区,通过工程实践和现场监测表明,本文所进行的近接施工影响研究以及小曲线盾构隧道施工地层变形规律研究是科学合理的。通过对比暗挖、盾构叠落段与两孔盾构叠落段现场监测数据,得出盾构法施工能有效控制地表变形,减小施工扰动,降低施工风险。
This paper has a systematic study on the key construction technology of overlapping tunnel with small radius curve through engineering analogy, numerical calculation and on-site measure, and so on, which takes the Nanluoguxiang Station-East station overlapping tunnel section project of Beijing Metro Line6as background, aiming at adjacent excavation problem of urban uderground, around the adjacent influenced partition, strata deformation control and optimization of construction scheme and other key technologies.The following achievement and outcome was gained:
(1) Combined with the basic theory of adjacent influenced partition, the paper puts forward the standard of adjacent construction influenced partition for overlapped tunnel based on the additional deformation. And then with numerical calculation method, the paper analyzes mutual influence degree of excavation-shield overlapping tunnel and two-hole overlapping shield tunnel, from surface additional deformation, tunnel side additional deformation and plastic zone layout, divides adjacent partition into3areas(intensive-effect area, weak-effect area, no-effect area).
(2) Contrast to the mutual influence degree of excavation-shield overlapping tunnel and two-hole overlapping shield tunnel, this paper concluded that the shield excavation can better control the mutual influence and the construction risk of overlapping tunnel. And then, the paper puts forward proper construction-safety controlling countermeasures, aiming at the adjacent construction characteristics.
(3) Through numerical calculation method, this paper has a study on the surrounding strata deformation law caused by shield at small radius curve condition. The construction of shield tunnel with small radius curve leads to the asymmetric distribution of the strata deformation and plastic zone, the smaller the curve radius, the more obvious the asymmetry of strata deformation and plastic zone. Use the equivalent circle zone simulate the overbreak of the shield, shield tail interspace, grouting, and so on, the thicker the equivalent circle zone, the greater the stratum deformation. About the impact of asymmetric thrust, the greater the difference of left and right, the more obvious the asymmetry of strata deformation, the greater the total jack thrust, the smaller the surface settlement. And then, the paper puts forward proper construction-safety controlling countermeasures, aiming at the tunnel construction with small radius curve.
(4) The research result of the overlapping tunnel adjacent partition has been fully applied in Nanluoguxiang Station-East station overlapping tunnel section project of Beijing Metro Line6. The research result of the overlapping tunnel adjacent partition and the surrounding strata deformation law caused by shield at small radius curve condition was considered to be scientific and rational according to the project and field testing result. Contrast to the monitoring results of the excavation-shield overlapping tunnel project and two-hole overlapping shield tunnel project, this paper concluded that the shield excavation can better control the surface settlement, Reduce the construction disturbance and risk.
引文
[1](日)地盘工学会著,牛清山等译.盾构法的调查、设计、施工.中国建筑工业出版社,2007
[2]孙统立.异形盾构施工扰动土体位移场特性及其关键技术研究[博士学位论文][D].上海：同济大学士木工程学院,2007
[3]林志.双线盾构隧道施工过程相互影响三维弹塑性固结耦合研究[博士学位论文][D].上海：同济大学土木工程学院,2002
[4]孙统立.异形盾构施工扰动土体位移场特性及其关键技术研究[博士学位论文][D1.上海：同济大学土木工程学院,2007
[5]林志.双线盾构隧道施工过程相互影响三维弹塑性固结耦合研究[博士学位论文][D].上海：同济大学土木工程学院,2002
[6]严长征,盾构隧道近距离共同作用机理及施工技术研究[博士学位论文][D].上海：同济大学,2007
[7]徐永福,盾构推进引起地面变形的分析,地下工程与隧道,2000,27(1),21-25
[8]徐永福,孙钧,隧道盾构掘进施工对周围土体的影响,地下工程与隧道,1999,26(2),9-13
[9]陈久照.盾构施工对粘土性质影响的试验研究[硕士学位论文][D].上海：同济大学,1993
[10]Finno,R.J.,Clough,G.W.,Evaluation of Soil Response to EPB Shield Tunnelling,Journal of Geotechnical Engineering,1985,111(2):157-173
[11]徐建平,潘树林.典型施工作用下的土体性质变异研究[J].华中科技大学学报(城市科学版),2002,19(1)：39-43
[12]张子新,邵华.盾构推进的损伤力学分析及现场试验研究[J].地下空间,2004,24(3)：285-290
[13]刘洪洲,孙钧,土压平衡盾构与地层沉降的根源及影响因分析,岩土工程师,2002,14(2)：45-50
[14]朱合华,丁文其等,盾构隧道施工过程模拟分析,岩石力学与工程学报,1999,18：860-864
[15]程晓,潘国庆编著.盾构施工技术[M].上海：上海科学技术文献出版社,1990
[16]孙钧,方从启.城市地下工程活动的环境土工学问题(上)[J].地下工程与隧道.1999(4).7-9
[17]谢贻权,林钟祥,。丁皓江.弹性力学.浙江大学山版社.1988
[18]熊祝华等.塑性力学.上海科学技术出版社.1984
[19]关宝树,隧道力学概论.西南交通大学出版社.1993
[20]徐志英,岩石力学(第三版),北京：中国水利水电出版社.1989
[21]张海波.地铁隧道盾构法施上对环境影响的数值模拟[博士学位论文][D].南京：河海大学,2005,23-25
[22]刘建航.侯学渊盾构法隧道[M].中国铁道出版社,1991
[23]易宏伟.盾构施工对土体扰动与地层移动影响的研究[博士学位论文][D].上海：同济大学,1999
[24]张云,殷宗泽,徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析[J].岩石力学与工程学报,2002,21(2)：368-392
[25]郭栋.北京地铁盾构隧道近接施工技术研究[硕士学位论文][D].北京：北京交通大学,2008.4-5
[26]董明钢,盾构隧道施工安全的若干问题研究[博士学位论文][D],上海：同济大学,2005
[27]孙斌,超近距离双孔并行盾构施工的相互影响分析[硕士学位论文][D].北京：北京工业大学,2008
[28]曾晓清.地铁工程双线隧道平行推进的相互作用及施工力学的研究[博士学位论文][D].上海：同济大学,1995
[29]张庆贺,朱忠隆,杨俊龙等.盾构推进引起土体扰动理论分析及试验研究[J].岩石力学与工程学报.1999.18(6)：699-703
[30]张庆贺主编.地下工程[M].上海：同济大学出版社,2005
[31]张庆贺,朱合华,庄荣等.地铁与轻轨(第二版)[M].北京：人民交通出版社,2006
[32]王启耀,郑永米等.近距离双线盾构隧道施工相互影响的监测与分析[J].地下空间,2003,23(3)：229-233
[33]陶龙光,刘波,丁城刚,卓发成,赵德刚,李志南盾构过地铁车站施工对地表沉降影响的数值模拟[J].中国矿业大学学报,2003.V01.32(3)：236-40
[34]董华珍,王仲林.城市轨道交通中小半径曲线问题探讨.四川建筑2005,6,3：4142
[35]凌宇峰,李章林.小曲线半径盾构轴线控制技术，上海建设科技,2003(1)：34
[36]赵运臣.盾构隧道曲线段管片破损原因分析.西部探矿工程,2002,3
[37]李强,曾德顺.盾构千斤顶推力变化对地面变形的影响.特种结构,2002,12：45-48
[38]谭忠盛,杨小林,王梦恕.复线隧道施工爆破对既有隧道的影响分析.岩石力学与工程学报,2003,22(2)：281-285
[39]王起才,展宏跃,近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究,铁道工程学报,2010,11
[40]王东,郑知斌,刘军,近接隧道暗挖施工及变形控制,市政技术,2008,26(4)
[41]乔凤龙,城市大跨度浅埋暗挖隧道近接施工技术应用,山西建筑,2008,11
[42]安红刚,胡向东,交叠隧道施工地表变形的进化智能预测,同济大学学报(自然科学版),2004,12
[43]王军民,刁志刚,李春剑,复杂地层双洞交叠隧道工况分析与施工技术,西部探矿工程,2010,1
[44]熊安详,李俊法,伍绍鸿,新杨柳湾隧道施工及相邻既有隧道监测,铁道建筑技术,2000(2)
[45]张晓军，小间距盾构重叠隧道安全施工控制技术研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2007
[46]晏莉,并行隧道施工相互影响分析及应用研究,[博士学位论文][D].长沙：中南大学,2008
[47]周海铭,路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基沉降计算方法研究[硕士学位论文][D].南京：东南大学,2010
[48]龚晓南,工程材料本构方程.北京：中国建筑工业出版社,1995,61-62
[49]钱家欢,土工原理与计算.第2版.北京：水力水电出版社,1994,59-60
[50]殷宗泽,土体本构模型剖析.岩土工程学报,1996,7：95-97
[51]张玉红,杨庆丽,土体本构模型评述.佛山科学技术学院学报,1998,12：46-50
[52](美)陈惠发,A.F.萨里普著,余天庆等编泽,弹性与塑性力学,北京：中国建筑工业出版社,270-273
[53]Pobert M.C.NG, K.Y.LO et al.Analysis of field performance-the Thunder Bay tunnel. Canadian Geotechnical Journal,23:30-50
[54]张云,盾构法隧道的位移反分析及其工程应用,南京大学学报,2001,5,334-341
[55]日本,既有铁路隧道近接施工指南,2008
[56]关宝树.隧道工程施工要点集[M].成都：西南交通人学出版社,2000
[57]仇文革,地下工程近接施工力学原理与对策的研究[博士学位论文][D].成都：西南交通大学,2003
[58]周斌,近接盾构隧道力学行为与近接分区研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2009
[59]郑余朝,三孔并行盾构隧道近接施工影响度研究,[博士学位论文][D1.成都：西南交通大学,2000
[60]龚伦,上下交叉隧道近接施工力学原理与对策研究,[博士学位论文][D].成都：西南交通大学,2004
[61]小间距盾构重叠隧道全施工控制技术研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2007
[62]杨兆辉,盾构近接交叉隧道施工影响研究,,[硕士学位论文][D].[硕士学位论文][D].北京：北京交通大学,2009
[63]赵丹,小半径大坡度盾构隧道施工力学特性研究,[硕士学位论文][D].长沙：中南大学,2009
[64]郭宏博,上下交叉隧道近接施工影响分区研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2008
[65]闻毓民,两孔平行盾构隧道近接施工的力学行为分析,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2005
[2]孙统立.异形盾构施工扰动土体位移场特性及其关键技术研究[博士学位论文][D].上海：同济大学士木工程学院,2007
[3]林志.双线盾构隧道施工过程相互影响三维弹塑性固结耦合研究[博士学位论文][D].上海：同济大学土木工程学院,2002
[4]孙统立.异形盾构施工扰动土体位移场特性及其关键技术研究[博士学位论文][D1.上海：同济大学土木工程学院,2007
[5]林志.双线盾构隧道施工过程相互影响三维弹塑性固结耦合研究[博士学位论文][D].上海：同济大学土木工程学院,2002
[6]严长征,盾构隧道近距离共同作用机理及施工技术研究[博士学位论文][D].上海：同济大学,2007
[7]徐永福,盾构推进引起地面变形的分析,地下工程与隧道,2000,27(1),21-25
[8]徐永福,孙钧,隧道盾构掘进施工对周围土体的影响,地下工程与隧道,1999,26(2),9-13
[9]陈久照.盾构施工对粘土性质影响的试验研究[硕士学位论文][D].上海：同济大学,1993
[10]Finno,R.J.,Clough,G.W.,Evaluation of Soil Response to EPB Shield Tunnelling,Journal of Geotechnical Engineering,1985,111(2):157-173
[11]徐建平,潘树林.典型施工作用下的土体性质变异研究[J].华中科技大学学报(城市科学版),2002,19(1)：39-43
[12]张子新,邵华.盾构推进的损伤力学分析及现场试验研究[J].地下空间,2004,24(3)：285-290
[13]刘洪洲,孙钧,土压平衡盾构与地层沉降的根源及影响因分析,岩土工程师,2002,14(2)：45-50
[14]朱合华,丁文其等,盾构隧道施工过程模拟分析,岩石力学与工程学报,1999,18：860-864
[15]程晓,潘国庆编著.盾构施工技术[M].上海：上海科学技术文献出版社,1990
[16]孙钧,方从启.城市地下工程活动的环境土工学问题(上)[J].地下工程与隧道.1999(4).7-9
[17]谢贻权,林钟祥,。丁皓江.弹性力学.浙江大学山版社.1988
[18]熊祝华等.塑性力学.上海科学技术出版社.1984
[19]关宝树,隧道力学概论.西南交通大学出版社.1993
[20]徐志英,岩石力学(第三版),北京：中国水利水电出版社.1989
[21]张海波.地铁隧道盾构法施上对环境影响的数值模拟[博士学位论文][D].南京：河海大学,2005,23-25
[22]刘建航.侯学渊盾构法隧道[M].中国铁道出版社,1991
[23]易宏伟.盾构施工对土体扰动与地层移动影响的研究[博士学位论文][D].上海：同济大学,1999
[24]张云,殷宗泽,徐永福.盾构法隧道引起的地表变形分析[J].岩石力学与工程学报,2002,21(2)：368-392
[25]郭栋.北京地铁盾构隧道近接施工技术研究[硕士学位论文][D].北京：北京交通大学,2008.4-5
[26]董明钢,盾构隧道施工安全的若干问题研究[博士学位论文][D],上海：同济大学,2005
[27]孙斌,超近距离双孔并行盾构施工的相互影响分析[硕士学位论文][D].北京：北京工业大学,2008
[28]曾晓清.地铁工程双线隧道平行推进的相互作用及施工力学的研究[博士学位论文][D].上海：同济大学,1995
[29]张庆贺,朱忠隆,杨俊龙等.盾构推进引起土体扰动理论分析及试验研究[J].岩石力学与工程学报.1999.18(6)：699-703
[30]张庆贺主编.地下工程[M].上海：同济大学出版社,2005
[31]张庆贺,朱合华,庄荣等.地铁与轻轨(第二版)[M].北京：人民交通出版社,2006
[32]王启耀,郑永米等.近距离双线盾构隧道施工相互影响的监测与分析[J].地下空间,2003,23(3)：229-233
[33]陶龙光,刘波,丁城刚,卓发成,赵德刚,李志南盾构过地铁车站施工对地表沉降影响的数值模拟[J].中国矿业大学学报,2003.V01.32(3)：236-40
[34]董华珍,王仲林.城市轨道交通中小半径曲线问题探讨.四川建筑2005,6,3：4142
[35]凌宇峰,李章林.小曲线半径盾构轴线控制技术，上海建设科技,2003(1)：34
[36]赵运臣.盾构隧道曲线段管片破损原因分析.西部探矿工程,2002,3
[37]李强,曾德顺.盾构千斤顶推力变化对地面变形的影响.特种结构,2002,12：45-48
[38]谭忠盛,杨小林,王梦恕.复线隧道施工爆破对既有隧道的影响分析.岩石力学与工程学报,2003,22(2)：281-285
[39]王起才,展宏跃,近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究,铁道工程学报,2010,11
[40]王东,郑知斌,刘军,近接隧道暗挖施工及变形控制,市政技术,2008,26(4)
[41]乔凤龙,城市大跨度浅埋暗挖隧道近接施工技术应用,山西建筑,2008,11
[42]安红刚,胡向东,交叠隧道施工地表变形的进化智能预测,同济大学学报(自然科学版),2004,12
[43]王军民,刁志刚,李春剑,复杂地层双洞交叠隧道工况分析与施工技术,西部探矿工程,2010,1
[44]熊安详,李俊法,伍绍鸿,新杨柳湾隧道施工及相邻既有隧道监测,铁道建筑技术,2000(2)
[45]张晓军，小间距盾构重叠隧道安全施工控制技术研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2007
[46]晏莉,并行隧道施工相互影响分析及应用研究,[博士学位论文][D].长沙：中南大学,2008
[47]周海铭,路堤荷载下钉形搅拌桩复合地基沉降计算方法研究[硕士学位论文][D].南京：东南大学,2010
[48]龚晓南,工程材料本构方程.北京：中国建筑工业出版社,1995,61-62
[49]钱家欢,土工原理与计算.第2版.北京：水力水电出版社,1994,59-60
[50]殷宗泽,土体本构模型剖析.岩土工程学报,1996,7：95-97
[51]张玉红,杨庆丽,土体本构模型评述.佛山科学技术学院学报,1998,12：46-50
[52](美)陈惠发,A.F.萨里普著,余天庆等编泽,弹性与塑性力学,北京：中国建筑工业出版社,270-273
[53]Pobert M.C.NG, K.Y.LO et al.Analysis of field performance-the Thunder Bay tunnel. Canadian Geotechnical Journal,23:30-50
[54]张云,盾构法隧道的位移反分析及其工程应用,南京大学学报,2001,5,334-341
[55]日本,既有铁路隧道近接施工指南,2008
[56]关宝树.隧道工程施工要点集[M].成都：西南交通人学出版社,2000
[57]仇文革,地下工程近接施工力学原理与对策的研究[博士学位论文][D].成都：西南交通大学,2003
[58]周斌,近接盾构隧道力学行为与近接分区研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2009
[59]郑余朝,三孔并行盾构隧道近接施工影响度研究,[博士学位论文][D1.成都：西南交通大学,2000
[60]龚伦,上下交叉隧道近接施工力学原理与对策研究,[博士学位论文][D].成都：西南交通大学,2004
[61]小间距盾构重叠隧道全施工控制技术研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2007
[62]杨兆辉,盾构近接交叉隧道施工影响研究,,[硕士学位论文][D].[硕士学位论文][D].北京：北京交通大学,2009
[63]赵丹,小半径大坡度盾构隧道施工力学特性研究,[硕士学位论文][D].长沙：中南大学,2009
[64]郭宏博,上下交叉隧道近接施工影响分区研究,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2008
[65]闻毓民,两孔平行盾构隧道近接施工的力学行为分析,[硕士学位论文][D].成都：西南交通大学,2005