盾构下穿对既有道路的影响机理与监测技术研究

作     者：张行 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎宗岭

授予年度：2024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：盾构隧道 既有道路 动态模拟 智能监测 监测指标 

摘      要：针对盾构隧道下穿施工对复杂城市环境既有道路、桥梁桩基以及邻近既有建筑物的影响,以广州市轨道交通十三号线二期工程西洲站-松溪站区间盾构隧道工程项目为依托,采用三维有限元对盾构隧道下穿既有道路的掘进施工进行了系统的模拟与分析,研究盾构隧道下穿对既有道路的影响规律,提出了施工影响监测控制项目与预警体系,开展了工程施工安全监控,为工程施工提供了技术支撑。主要研究成果与认识如下: (1)结合广州轨道交通十三号线二期工程西洲站至松溪站区间工程地质条件与盾构施工工艺、特点以及施工对各地层的影响,分析了盾构隧道下穿既有道路施工的力学特征,并建立了三维有限元分析模型,依据工程地质勘察资料确定相关计算参数,提出了盾构施工模拟分析方法。基于盾构隧道下穿对既有道路与建筑物潜在影响分析,对盾构施工工艺进行了优化。 (2)通过盾构隧道下穿既有城市道路的施工过程进行三维数值模拟,分析了盾构掘进施工对既有道路与周围既有建筑物的影响机理及规律。盾构施工诱发广清加油站及西北收费站广场道路结构出现的最大水平位移和沉降量分别为6.0mm和12.5mm。盾构施工诱发广清立交S匝道0#桥台结构出现的最大水平位移和沉降量分别为6.0mm和9.0mm;01#～5#桥桥梁结构出现的最大水平位移和沉降量分别为6.0mm和2.8mm。各施工阶段对既有建筑物的竖向沉降量的影响均在20mm以内,水平位移量均在10mm以内,均在安全范围以内。 (3)建立了盾构隧道下穿既有道路施工安全预警分级体系,将盾构隧道下穿施工过程中的安全预警状态按照影响的严重程度由低到高分为黄色、橙色、红色三个等级。进一步将红色预警根据变形绝对值与变形速率值超出控制值范围的大小程度,由小到大分为Ⅲ级、Ⅱ级、Ⅰ级三个红色预警。 (4)提出了盾构隧道下穿既有道路安全监控主要监测内容、项目与预警指标。对西洲站至松溪站盾构区间广清立交高速路面、广清加油棚立柱、广清加油站营业厅墙体位移等进行智能监测,依据监测结果进行隧道盾构施工工艺动态调整,相关监测项目的变形及变形速率均未超预警,保障了工程施工安全。