小半径曲线叠落盾构隧道近接施工变形特征与安全控制

作     者：王智广 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许有俊;张旭

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：小半径曲线 叠落盾构 近接施工 隧道超挖 安全控制 

摘      要：随着地下设施日益增多,地铁隧道常以曲线和叠落的方式避让既有地下结构,小半径曲线盾构隧道与直线盾构隧道相比,为实现盾构机转弯采用仿形刀或超挖刀进行土体超挖,造成盾尾间隙变大,叠落盾构隧道新建隧道施工对既有隧道影响显著,增加了地铁隧道施工安全风险。本文依托北京地铁昌平南延线上清桥站—小营西路站区间盾构隧道工程,上下线采用叠落布置,竖向最小净距为2.8m,平曲线半径为350m,从上清桥站始发。为确保小半径曲线叠落盾构隧道施工安全,通过数值模拟和现场监测,对小半径曲线叠落盾构隧道施工引起的管片及地层变形规律进行研究。研究内容及结论如下:(1)小半径曲线盾构隧道掘进受转弯刀盘超挖影响,致使管片变形、隧道两侧土体水平变形非对称,隧道埋深越浅,管片变形越小,超挖侧土体水平变形越大,非超挖侧土体水平变形越小;土体超挖导致地表变形峰值点不在隧道轴线正上方,向超挖侧发生偏移;不采取加固措施时,上行隧道引起的下行隧道管片拱顶附加变形最大值为7.28mm,已经超出控制标准值。(2)为有效控制叠落段上行隧道施工对下行隧道的影响,借鉴类似叠落隧道工程,初步设计夹层土注浆和临时钢支撑两种加固措施,数值模拟结果表明采用夹层土注浆和临时钢支撑的联合加固措施后,下行隧道管片拱顶附加变形最大值为4.87mm,未超出控制标准值,净空收敛附加变形最大值为0.78mm,说明该加固措施在本工程中是可行的。最终确定采用“夹层土注浆和临时钢支撑的联合加固措施。(3)通过现场监测数据验证数值模拟的准确性及实际施工的安全性,下行隧道施工过程中管片变形和地表变形均未超出控制标准,且实测数据与模拟数据吻合度较高。上行隧道施工时,采用夹层土注浆和临时钢支撑的联合加固措施能够保证叠落隧道的施工安全,钢支撑应力实测结果与模拟结果存在差异,原因与钢支撑拼装方式有一定关系,针对目前钢支撑拼装方式存在的不足提出了优化方案。