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1、西安科技大学 硕士学位论文 地铁隧道施工对既有桥梁的变形影响规律研究 姓名：张保圆 申请学位级别：硕士 专业：防灾减灾工程及防护工程 指导教师：任建喜 论文题目：地铁隧道施工对既有桥梁的变形影响规律研究 专 业：防灾减灾工程及防护工程 硕 士 生：张保圆 （签名） 指导老师：任建喜 （签名） 摘 要 开展城市浅埋暗挖隧道施工对既有桥梁的变形影响规律研究具有重要的理论意义 和工程实用价值。本文以西安地铁二号线穿越长安路立交桥区间隧道工程为依托，通过 理论分析、FLAC 数值模拟计算和现场监测，对暗挖隧道施工对既有桥梁的变形影响规 律进行了研究，提出了合理的保护既有桥梁安全的变形控制措施，主要内容
2、和结论有： (1)研究了影响浅埋暗挖隧道地表沉降的影响因素、 地表沉降的特点及其对已有桥梁 的变形影响规律。对浅埋暗挖隧道施工地表沉降影响较大的因素主要包括地层土体特 征、地下水、埋深、相邻隧道开挖引起的变形叠加、施工方法、开挖进尺、施工速度和 初衬型式等。地表沉降具有明显的时空效应，地表沉降分为整体沉降模式和拱式沉降模 式，地表沉降大致可分为超前隆起阶段、急剧变形阶段、缓慢变形阶段和稳定变形阶段 等四个阶段。 (2)将上下台阶法无超前预支护与上下台阶法施做大管棚加超前注浆小导管作为拟 采用的两种隧道开挖施工方案，运用 FLAC 对两种隧道开挖施工过程进行了模拟。根据 FLAC 模拟结果，确定
3、超前预支护后开挖隧道作为浅埋暗挖的施工方案。运用 FLAC 模 拟的结果预测地表及桥基变形规律。 建议了施做大管棚加超前小导管注浆和格栅钢架的 联合施工方法作为控制长安立交区间隧道上部已有桥基变形的施工方案。 (3)完成了长安立交区间隧道上部桥基和区间隧道变形监测方案设计和现场监测工 作。监测数据表明隧道净空收敛、拱顶下沉、桥梁变形等监测项目最大值均小于监控标 准。现场监测数据与 FLAC 模拟预测的结果基本一致，说明 FLAC 模拟计算结果是合理 的，确定的隧道开挖方案和桥基沉降变形控制措施是安全可行的。 关 键 词：暗挖区间隧道；地表沉降；桥基变形；FLAC 模拟；控制技术 研究类型：应用
4、基础研究 Subject : Study on Deformation of the Subway Tunnel Construction for Bridge Specialty :Disaster Prevention and Mitigation Engineering and Protective Engineering Name : Zhang Baoyuan （Signature） Instructor : Ren Jianxi （Signature） ABSTRACT The study of settlement of shallow tunnels city laws and
5、 its control technology has important theoretical and practical value. This paper relys on Xian subway line tunnel through the Changan road overpass projects. Through theoretical analysis, FLAC numerical simulation And on-site monitoring, studying the surface settlement of Shallow Tunnel in the city
6、.provides the reasonable measures to control ground settlement For the actual project, Main contents and conclusions are: (1)Studing the effects of Shallow tunnel factors of ground and surface characteristics of settlement. Influential factorsof the underground tunnel surface settlement include soil
7、 characteristics, groundwater, depth, deformation caused by tunnel excavation adjacent superposition, construction method, excavation footage, construction speed and lining type. Surface subsidence has a significant effect of time and space. Surface subsidence can be divided into advanced stage, rap
8、id deformation stage, slow deformation stage and stable deformation stage. (2)There will be no advanced support and facilities add shed big tube small pipe grouting ahead of the two to be adopted as the tunnel excavation program, FLAC3D method with two tunnel excavation process is simulated.Accordin
9、g to the simulation results FLAC, Identify advanced support for the construction program. Predicting the surface deformation using FLAC Simulation results. proposeing tube cote plus advanced small pipe joint grouting and steel grid construction method for the Chang-an interchange tunnel deformation
10、of surface subsidence control measures. (3)Completeing the tunnel and the tunnel ground deformation monitoring program design and on-site monitoring. Monitoring data shows that the tunnel convergence of left-lane tunnel clearance, dome subsidence monitoring project monitoring standards are less than
11、 the maximum. FLAC Simulation of field monitoring data and predicted results are in agreement, Description FLAC simulation results are reasonable, determine the tunnel excavation surface settlement programs and control measures are feasible and safe. Key words :Tunnel Excavation ; Surface subsidence
12、 ; Foundation deformation ; FLAC Simulation ; Control Thesis :Application fundamental study 1 绪论 1 1 绪论 1.1 问题的提出及其研究意义 随着我国经济的发展和综合国力的提高，许多大城市都将跻身于国际大都市的行 列，其城市现代化建设也将迅猛发展，地上空间日趋紧张，交通阻塞、环境污染等城市 问题日益严重，这就严重阻碍了城市的进一步发展。地铁作为现代城市大规模快速客运 系统的一个重要组出部分，极大的缓解了市区地面交通拥挤阻塞状况，对改善城市交通 和促进城市经济发展发挥着重大作用。目前，北京、上海、广
13、州、深圳、南京等城市地 铁正在修建，西安、天津、成都、沈阳、杭州、青岛等城市地铁也正在试验准备阶段， 可以预料，21世纪必将是我国城市地铁建设的高峰时期1-2。 浅埋暗挖法(国外多称软土隧道新奥法或浅埋隧道新奥法)是基于岩石隧道新奥法 (NATM)的基本原理，针对城市地下工程的特点，于80年代，在北京地铁第四纪软土中 开创出的新方法3。其方法的实质内涵可用18字原则来阐明，即：“管超前”、“严注浆”、 “短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤量测”。目前，浅埋暗挖法已成为地铁区间隧道施 工的主要方法，且占较大比重的国家有中国、英国、法国、德国、韩国、巴西等4-9。 随着各个城市都开始进行地铁建
14、设，再加上土地价格上扬，城市土地高度利用，城 市地铁的大量修建必然受到城市既有建筑环境的制约， 导致许多新建的地铁线只能沿着 既有立交桥路线延伸，交织穿行于立交桥的基础桩群之间。例如，西安地铁二号线体小 区间工程多处穿越桥梁桩基基础，地铁隧道开挖引起的土层沉降、应力变化对既有桥梁 的正常使用将产生一定的影响，往往会引起桩基础的沉降，造成桥梁上部结构的变形， 当变形过大时将危及结构的使用功能。 如何在当前的地铁区间隧道建设中保证隧道上方桥梁房屋等建筑的安全和正常使 用已经成为一个十分重要的课题。 开展浅埋地铁区间隧道暗挖施工对既有桥梁的变形规 律研究，可以为地铁区间开挖过程中邻近建筑物的安全使用
15、提供科学依据，本课题的研 究具有重要的工程应用价值。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 暗挖法隧道施工地表变形规律研究现状 1、国内研究现状 同济大学从 20 世纪 70 年代起，开始隧道施工地表沉降的实测和理论研究工作， 先后对上海试验段等隧道进行了现场实测和监控，在现场实测和理论研究的基础上，对 西安科技大学硕士学位论文 2 Peck 公式进行了修正，提出了考虑土体受到扰动后固结沉降的计算公式18-19。 刘建航（1991）10和侯学渊（1993）11等， 研究基于“地层损失”提出的以 Peck 公 式为基础的经验公式法，成为后来研究地面沉降的基础，这种考虑固结沉降的修正 Peck 法已
16、成功应用于上海软土隧道工程。 以刘宝琛等（1983）12和阳军生（1999）13为代表的随机介质理论方法，在 20 世 纪 90 年代后用于地铁工程，该法的优点在于能预测出除地表垂直和水平位移外的其他 变形，如倾斜、曲率、水平应变等，因建筑物对均匀沉降的反应远不如差异沉降敏感， 该法比常规的地面沉降控制指标将更有效。地铁隧道施工是一个动态过程，引起的地层 移动变形包括：先期沉降、切口前方沉降(或隆起)、隧道通过时的沉降、建筑空隙引起 的沉降与滞后沉降等。目前，期望用单一方法完全准确预测不同施工阶段地层移动尚有 困难，应该根据隧道施工前、中、后不同时期地层变形特性，对预测方法加以合理选择。 基于位移实测反分析的预测，可不断地修正预测参数，能使预测趋于准确22。 刘维宁等（2000）14以北京地铁复八线天安门西地铁车站为工程背景，用自行 研制的专门用于隧道开
