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原文传递盾构在上软下硬复合地层下穿桩基施工的影响控制研究

论文题名：	盾构在上软下硬复合地层下穿桩基施工的影响控制研究
关键词：	盾构隧道;上软下硬复合地层;下穿既有桥桩;施工工艺;结构加固;变形控制
摘要：	上软下硬复合地层是一种典型的复杂地质条件，盾构机在此类地层中掘进易导致地表坍塌、盾构机姿态难以控制和刀具严重磨损等问题。当城市地铁盾构在这类地层中下穿既有深基础建（构）筑物时，还容易引发桩基承载力下降，造成桩基沉降和上部结构开裂。针对这一问题，本文依托广州地铁八号线盾构近距离下穿北环高速公路西槎人行涵洞施工工程，对盾构在上软下硬复合地层中下穿既有桥桩施工的影响和控制进行了以下研究：首先对盾构在不同硬岩高度比的上软下硬复合地层中下穿不同桩顶荷载的桥桩施工进行影响性分析；然后根据依托工程的实际情况制定了两种预加固措施，并对盾构在这两种加固方案下穿越涵洞结构的施工过程进行数值模拟，对两种方案进行对比分析并优选出最佳方案用于实际施工；然后针对优选的方案进行预加固施工控制设计，并对盾构施工过程进行相应的现场监测；最后分析监测数据得到相关变形规律。得到的主要结论如下：　　（1）提出并定义了用以描述盾构掌子面在上软下硬复合地层中硬岩层分布的定量参数——硬岩高度比β。通过数值模拟分析了在不同的掌子面硬岩高度比和桩顶荷载下，盾构下穿施工对上方桥桩和地表的影响。结果表明既有桥桩所在地表具有更强的敏感性；复合地层中掌子面的硬岩高度比越小，下穿施工对上方桥桩的扰动越大；盾构在上软下硬复合地层中下穿施工对上方桩基的扰动强于在单一地层中施工的扰动。　　（2）盾构在上软下硬地层中下穿摩擦桩施工时，桩的轴力和弯矩分布均发生改变。桩身轴力在盾构下穿期间从小范围出现轴拉力向全桩均出现轴拉力变化；桩身最大弯矩在下穿过程中不断减小。掌子面的硬岩高度比β越大，下穿造成的弯矩减少量就越小。盾构完成穿越后，桩顶及以下部分区域又变回轴压力，同时桩身弯矩进一步减小。当盾构下穿的桩基为端承桩时，桩基位移和内力分布在盾构下穿过程中均未有明显改变。　　（3）对依托工程进行数值模拟的结果显示：未加固情况下，盾构机在通过涵洞出入口时，盾构上方的土体经历了涵洞荷载的加载和卸载，地表会产生过大的差异沉降，使地面发生塌陷，而本文设计的两种以MJS工法为主的加固方案均能显著消除这两个位置的地表沉降差并控制地表最大沉降；加固方案还能减小后行隧道对先行隧道在垂直地表方向和水平方向的扰动。　　（4）双线隧道施工过程中，在左线隧道施工完成后，监测数据显示在硬岩高度比为0的位置地表横向沉降值最大，且地表沉降值在安全范围内。但当相邻开挖面的硬岩高度比在0-0.2和0.5-1范围内时，应当特别注意后续盾构施工可能产生的地表不均匀沉降。　　（5）根据监测数据可知，地表和桥台的位移均不超过预警值，这证实了本文的加固方案对人行涵洞的加固效果很好，同时盾构施工参数设置合理，有效地控制了地表和桥台的位移。对依托工程的数值模拟中后行隧道拱顶的地表沉降与相同硬岩高度比的监测断面中后行隧道拱顶的地表沉降值相近；且开挖后行隧道过程中横向地表的沉降大于先行隧道，证明了本文数值模拟的准确性。
作者：	李梓焜
专业：	建筑与土木工程
导师：	吕建兵;黎湛荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2022