小间距平行盾构隧道科研立项综述报告-下穿北环高速人行通道及小间距盾构隧道施工措施研究.docx

下穿北环高速人行通道及小间距盾构隧道施工措施研究编制单位：广东华隧建设股份有限公司 编制人员： 张海超 编制日期： 2016年4月25日 下穿北环高速人行通道及小间距盾构隧道施工措施研究目 录前 言1一、立项研究的背景、现状和发展趋势2二、总体工作思路3三、研究内容及方法33.1主要研究内容33.2研究开发方法4结 语5参考文献5-1- 广东华隧建设股份有限公司 下穿北环高速人行通道及小间距盾构隧道施工措施研究摘要： 结合广州市轨道交通八号线北延段同德围站上步站区间盾构在上软下硬地层中下穿北环高速人行通道及小间距平行隧道的施工，分析了在该地层中下穿建筑物桩基及小间距隧道施工存在的问题和风险，对数值模拟、设计方案、施工措施、施工监测及监测数据等几方面进行深入分析、研究、总结。关键词： 上软下硬地层 盾构下穿建筑物桩基 小间距平行盾构隧道Abstract: Combined Guangzhou rail line eight northern extension segment Palit Station - step on station interval shield under the soft and lower hard stratum through the North Central Expressway walkways and small spacing parallel tunnel construction are analyzed beneath the strata problems and risks of pile and small spacing tunnel construction existence of several numerical simulation, design, construction measures, construction monitoring and monitoring data, in-depth analysis, research, summary.Keywords: Soft and lower hard stratum；Wear under the pile building shield；Small spacing parallel Shield Tunnel.前 言广州市轨道交通八号线北延段工程施工4标同德围站上步站区间起讫里程Z(Y)DK21+078.150Z(Y)DK21+694.400。根据地质勘察资料，区间至上而下分别为杂填土层，粉质粘土、淤泥质黏土层，粉细砂、中粗砂层，微风化灰岩层。岩面起伏较大，且大部分侵入隧道底板，盾构施工范围属典型的上软下硬地层。为避开北环高速人行通道（涵洞）桩基础，两条盾构隧道自同德围站出站后以28（下坡）的坡度分别正下方穿越涵洞两侧桩基础（桩基类型为摩擦桩），隧道顶距离桩基底部最小处约1.4m，覆土厚度约13m（其中淤泥质黏土层约5m，中粗砂层约10m，下部为微风化灰岩）。区间里程ZDK21+200.086ZDK21+360.000范围，受上步桥及废水泵房的影响，左右线隧道净间距3.014.97m，根据现行地铁设计规范的规定，盾构法施工的平行隧道间的净距不宜小于隧道外轮廓直径。此前，国内外对盾构下穿建筑物桩基、小间距平行隧道盾构施工的成功案例亦有不少，如：广州地铁6号线萝岗站香雪站区间穿越北二环高速公路高架桥桩基、深圳地铁5号线洪浪站兴东站盾构区间穿越广深高速公路立交桥、广州地铁2号线南延段南洲站东晓南路站区间小间距平行隧道施工、天津地铁3号线金狮桥站中山路站区间小间距平行隧道施工。然而，在上软下硬地层中，盾构在出站后以大坡度、软弱覆土正下方穿越摩擦桩的情况，实属罕见；同时在上软下硬地层中，小间距平行隧道施工难度极大，特别是周边还有需要保护的建筑物（上步桥、废水泵房）。如设计、施工中采取的方法、措施不当，极有可能导致管片开裂变形、漏水、地表沉降过大、桩基础沉降位移等严重后果。针对上述工程特点，为保证同德围站上步站区间盾构施工的顺利、安全，拟从以下五个方面进行了专项研究：盾构下穿北环高速人行通道对其桩基础的影响分析；后行隧道施工对先行隧道及临近建筑物的影响分析；北环高速人行通道加固防护措施及设计计算研究；先行盾构隧道加固防护措施及设计计算研究；施工监测方案设计、监测数据及结果分析。并通过研究，总结出一套完整的针对上软下硬地层中盾构下穿建筑物桩基和通过小间距平行隧道的施工技术，为今后类似工程施工提供参考和借鉴。一、立项研究的背景、现状和发展趋势近年来，随着我国经济发展，各大城市的交通压力陡增，为了缓解城市的交通压力、解决居民交通出入难等问题，国内各大城市地铁建设事业方兴未艾。地铁的建设主要分布在人口密集、交通繁忙的发展成熟区域。为了降低对现有城市的影响，多采用盾构法施工区间隧道。一般来说，人口密集的区域内高层建筑物众多、高架桥纵横交错，且其基础主要以桩基为主，深度较大，造成了复杂严峻的地层条件，故在地铁施工过程中，往往需要下穿桩基密集的区域，如：广州地铁5号线猎德站潭村站区间下穿花城大道马场路口人行地道、深圳地铁5号线翻身站灵芝站区间隧道下穿碧海花园小区。当在线路区间能避开桩基的情况下，地铁隧道区间将采用调整线型等措施来避开地下桩基础，这往往会出现小间距（净距小于1倍隧道直径）隧道施工的情况。如：深圳地铁9号线红树湾站深湾站区间小间距隧道施工、北京地铁10号线三元桥站亮马河站区间小间距隧道施工。同时，由于城市的不断扩建以及各大城市之间的地下交通网连接，原先的郊区或偏僻地带在建（构）筑物规划时未考虑到地铁线路通过，如珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程南洲站沥滘站区间下穿南环立交、广州地铁9号线清布站高增站区间下穿白云机场高速公路。因此在今后地铁施工时，隧道下穿建（构）筑物桩基础和出现小间距隧道的几率将大大增加。二、总体工作思路以八号线北延段施工4标作为平台，同时借鉴其它项目的资料，进行复杂地层中下穿北环高速人行通道及小间距盾构隧道施工中施工风险、设计方案、数值模拟、施工措施、盾构参数及监测数据的研究，实现工程施工措施与理论分析计算相结合，分析研究出适合上软下硬地层中下穿桩基及小间距盾构隧道施工技术。三、研究内容及方法3.1主要研究内容（1）未采取加固措施前，盾构下穿桩基及小间距隧道施工的数值模拟计算：盾构下穿北环高速人行通道对其桩基础的影响分析：采用有限元程序构建三维计算模型，预测盾构隧道施工过程中对管片及涵洞桩基础的变形及受力的影响。通过有限元计算方法，对该段盾构推进过程进行三维数值模拟，预测盾构过程中地面和桩基的沉降、隧道收敛、管片和涵洞桩基的位移及应力。后行隧道施工对先行隧道及临近建筑物的影响分析：采用地层结构模型，对左右线隧道临近上步桥桩基础、左右线隧道临近废水泵房的施工分别进行整体的数值模拟分析，研究在保证上步桥桩基础沉降不超过评估指标的前提下，左线线位调整后与上步桥桩基础的合理间距，并对后行隧道调线后对先行隧道的影响规律进行初步分析。同时，利用修正惯用法并结合分布叠加法，针对后行隧道施工对先行隧道横向及纵向的挤压、卸载影响全过程进行详细的分析研究，判定上软下硬地层中小间距隧道临近建筑物施工的安全性及采取加固措施的必要性。（2）采取加固措施后，盾构下穿桩基及小间距隧道施工的数值模拟计算：北环高速人行通道加固防护措施及设计计算研究：采用有限元程序构建三维计算模型，对采取加固措施后，盾构隧道施工对管片及涵洞桩基础的变形及受力进行分析，判定加固措施的预期效果及可行性。先行盾构隧道加固防护措施及设计计算研究：采取加固措施后，再次采用地层结构模型，对左右线隧道临近上步桥桩基础、左右线隧道临近废水泵房的施工分别进行整体的数值模拟分析，同时，利用修正惯用法并结合分布叠加法，针对后行隧道施工对先行隧道横向及纵向的挤压、卸载影响全过程进行详细的分析研究。判定加固措施的预期效果及可行性。（3）施工监测方案设计、监测数据及结果分析：监测项目根据目的不同分为两部分：一是对环境的监测，包括地面沉降、周边建筑物沉降倾斜等；二是对先行隧道内部加固系统及隧道本身的监测，包括先行隧道加固段型钢支撑的内力（应变监测）、先行隧道钢圈与管片间接触力的传递与变化（压力传感器监测）、先行隧道内空收敛变形（收敛计位移监测）、先行隧道管片连接螺栓的内力、先行隧道管片张开量监测、先行隧道管片内和管片间的应变、双线隧道间土体压力、先行隧道位移等。通过对大量数据进行整理、分析、比较，并与设计指标对比分析，判断盾构施工过程、隧道结构及地面建筑物的安全性，为及时调整盾构施工参数、增加辅助措施、确保施工过程安全提供参考。同时，根据施工实际监测数据进行反分析，找到实际工程现象的成因及规律。3.2研究开发方法（1）调查与统计分析研究法收集既有工程中类似项目的研究成果，对实际工程情况进行相关调查和了解，进行统计分析研究，对风险源进行分类和甄别。（2）理论研究（数值模拟计算）根据地质情况及周边建（构）筑物情况，进行理论研究，采用数值模拟计算，对加固前后盾构施工对建筑物桩基的影响、后行隧道对先行隧道的影响进行对比分析，判断加固措施的预期效果及可行性。（3）初步确定盾构施工的各项参数；同时，通过现场试验和对监测数据的反馈研究，及时调整施工参数及方法，并总结出盾构在上软下硬地层中下穿桩基及小间距隧道的施工技术，用于以后施工。结 语鉴于此前，国内外对上软下硬层中大坡度、软弱覆土、正下方穿越摩擦桩及上软下硬地层中小间距平行隧道临近建（构）筑物的施工经验较少，因此本项研究是具有重大意义的。首先通过数值模拟，对加固前后盾构施工对建筑物桩基的影响、后行隧道对先行隧道的影响进行对比分析，判断加固措施的预期效果及可行性，再通过施工过程中的监测情况进行反馈研究，该研究方法是可行的。该项研究若成功实施，将对今后广州地区乃至国内外类似工程的施工具有重大的借鉴意义和指导作用。参考文献1GB501572003，地铁设计规范s2孙钧，汪炳锏. 地下结构有限元法解析M上海：同济大学出版社，19882232263竺维彬，鞠世健,等. 复合地层中盾构施工技术M.北京:中国科学技术出版社,20064王虹, 鞠世健. 盾构穿越建筑物桩基群的施工技术J. 广东建材, 2006(7):71-73.5杨书江. 盾构在硬岩及软硬不均地层施工技术研究D上海：上海交通大学，20066郭婷，李晓霖，惠丽萍. 小间距平行盾构隧道临近楼房