高速鐵路水下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)力學特征及掘進與對接技術(shù)研究.pdf

1、從環(huán)保要求與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略考慮,水下隧道必將是我國跨江越海交通工程的主要選擇方式。廣深港高速鐵路獅子洋隧道作為我國首座特長水下鐵路隧道,設(shè)計速度達350km/h,也是我國首次采用盾構(gòu)對接方法施工的水下隧道,其建設(shè)理念與方法對今后我國跨江越海工程的建設(shè)具有很大的借鑒作用,因此研究獅子洋水下盾構(gòu)隧道的修建技術(shù),不僅具有重要理論意義,而且具有重要的社會經(jīng)濟意義。
　　 本論文以廣深港高速鐵路獅子洋隧道工程為依托,對高速鐵路水下盾構(gòu)隧道

2、結(jié)構(gòu)力學特征及掘進與對接技術(shù)進行了深入的研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)對盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進行了較系統(tǒng)的研究。首先總結(jié)了傳統(tǒng)管片設(shè)計結(jié)構(gòu)模型對各項設(shè)計參數(shù)的取值,分析其不足之處；之后,確定采用修正后的梁一接頭模型作為管片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,進行了數(shù)值模擬計算,并通過大量的原位測試,驗證了管片結(jié)構(gòu)接縫和管片均處于受壓狀態(tài),提出了管片結(jié)構(gòu)的荷載折減與提高隧道經(jīng)濟性的設(shè)計措施等觀念。
　　 (2)由于管片隧道為拼裝式

3、結(jié)構(gòu),拼裝式管片在其周邊介質(zhì)的發(fā)生變化時會成為外擴式不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),極易導(dǎo)致隧道的失穩(wěn)。通過采用修正的梁-接頭模型方法,分析了拼裝式管片襯砌的可能破壞特征,論證了水下盾構(gòu)隧道增加二次襯砌確保隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,提出了設(shè)置二次襯砌的必要性。
　　 (3)在獅子洋隧道施工中,通過大量監(jiān)測數(shù)據(jù),并對由隧道施工引起的地表沉降進行分析,得出隧道縱向、橫向地表沉降規(guī)律；分析了隧道施工各種地層土體的水平位移,總結(jié)了其相應(yīng)的水平位移規(guī)律。同時得出了盾構(gòu)隧

4、道本體除了出現(xiàn)整體上浮外,幾乎沒有相對位移、地表隆沉與隧道本體結(jié)構(gòu)變形無直接關(guān)系的結(jié)論,因此建議今后對盾構(gòu)隧道可不必進行隧道本體變形監(jiān)控量測。
　　 (4)針對獅子洋隧道橫向與縱向均存在軟硬不均問題所帶來的盾構(gòu)掘進與控制的技術(shù)難度,通過對巖土層磨蝕性與巖土成份試驗。對刀具的金相和磨損規(guī)律進行了研究,提出了有效的刀具磨損規(guī)律方程。通過對0.67MPa高水壓下刀具更換技術(shù)的研究,提出了減壓限排換刀技術(shù),并根據(jù)不同地段盾構(gòu)刀具的掘進效

5、果評價,對獅子洋隧道盾構(gòu)刀具進行設(shè)計與改進。
　　 (5)根據(jù)現(xiàn)場不斷變化進度情況,詳細研究了多處獅子洋隧道對接點的工程地質(zhì)及水文地質(zhì),并相應(yīng)對接點的貫通精度進行了估算,確定了合理的隧道洞內(nèi)控制測量精度；利用離心試驗和數(shù)值模擬分析,確定滿足對接處的隧道穩(wěn)定的預(yù)留對接寬度不應(yīng)小于2.5m,但在保壓狀態(tài)下對接寬度在0.5m是也是安全的。實際施工時,采用了在兩臺盾構(gòu)相距20～30m時,一臺盾構(gòu)停止掘進并保壓,另一臺盾構(gòu)向前掘進無限對接