地铁盾构隧道长距离平行下穿地下道路关键技术研究-科研成果小结.doc

地铁盾构隧道长距离平行下穿地下道路关键技术研究主要研究单位：上海申通轨道交通研究咨询有限公司上海隧道工程股份有限公司技术中心上海市第二市政工程有限公司上海轨道交通十号线发展有限公司上海市隧道工程轨道交通设计研究院同济大学主要研究人员：宋 博、葛以衡、巴雅吉呼、马忠政、胡蒙达、陈立生、张冠军、叶 蓉、黄 俊、赵国强、冯 云、郑宜枫、赵艳鹏、朱继文、梁 伟、余 龙、管攀峰、沈君华、戴慧丽、成 琨、曾英俊、张庆贺、陈 宇、肖 立、郭海柱、孙卫国、陈 进1、研究背景上海2010年世博会，为浦东乃至整个上海城市的建设发展带来新的机遇和挑战，为了改善核心区环境和交通，提升上海中央商务区能级，实现社会、经济和环境的可持续发展，交通和市政行政主管部门适时提出了东西通道与地铁14号线合建方案，大连路下立交与10号线地铁车站、地铁盾构区间合建方案。其中东西通道将采用明挖法施工，基坑围护施工采用SMW工法，开挖深度15米左右，后续盾构法施工的地铁14号线将长距离平行下穿建成后运营的东西通道，距东西通道底板最浅处3米左右，属超近间距条件施工，必然面临极大的困难，届时有可能对运营中的东西通道产生较大影响。还有，10号线拟采用双圆盾构施工，双圆盾构在构筑物下长距离推进施工技术在国内外少有先例，成熟的理论和施工实践并不多见。因此，鉴于我国地铁工程中盾构隧道上部长距离、大范围卸载施工技术措施相对落后，尚无成熟的盾构在三面封闭的构筑物下长距离穿越的技术和经验，必须结合现有工程建设，适时开展上述课题的深入研究，促进科研成果的应用转化，努力提升在复杂条件下上海地铁施工的综合技术水平，使我国地下工程施工技术水平跃上新台阶。在城市复杂环境条件下，长距离地下公铁合建目前在世界范围内类似工程还不多见，国内也无先例，尤其在上海软土地区，是一片空白，国内外实践经验不多。因此，本课题的研究必要性主要体现在：（1）能与工程施工紧密结合，预测施工中的难点和风险点，解决工程实际问题，积累施工经验，为后续类似工程施工提供指导；（2）研究探索先隧道，后上部下立交开挖最优施工方案、施工风险预测、难点控制技术，确保工程安全、优质、高效，为提高复杂工程环境下盾构施工总体技术水平及综合竞争力做好技术储备；（3）研究盾构在下立交结构中长距离推进时，针对不同埋深的下立交和围护结构采取不同的保护措施，保证下立交和围护结构的安全；（4）研究三面封闭条件下单、双圆盾构施工时周围土体的扰动规律，提出针对性的施工技术措施及环境保护措施，此项工作在国内外尚不多见，属创新性研究；（5）项目开发适用于本地区特点的长距离地铁平行下穿公路隧道的施工技术，施工环境保护技术，拟形成一批核心技术专利、施工工法等，本项目的实施将对城市隧道施工技术的新突破，为今后城市密集区地下空间的综合利用提供必要的技术保障。2、主要研究内容课题研究主要以两个工程项目，10号线双圆盾构穿越下立交工程，14号线与东西通道（地下道路）工程为背景，分别开展以解决实际工程问题的理论和施工技术研究。鉴于10号线双圆盾构与下立交工程处于施工准备阶段，研究将以理论和试验为手段，开展与工程施工方式相关的各种施工工艺可行性研究，以解决工程实际进度问题。14号线与东西通道课题，将以10号线研究成果为基础，研究适宜于单圆隧道的盾构施工技术和建成地下通道保护的技术，两者侧重点不同，但存在一定的关联度。为此，课题将以两个不同工程，分列两个子课题，分别为：2.1 子课题一：10号线盾构下穿下立交结构的关键施工技术研究（1)工程背景及研究现状调研（2）数值模拟及理论研究 盾构工程先行，下立交工程后实施的各种工况的数值分析及理论研究。主要包括：A.根据工程进度要求和工艺安排，隧道周围土层加固条件下，盾构及下立交工程先后施工的数值模拟分析，及施工参数可行优化确定；B.结合工程要求，隧道周围土层部分卸载非加固条件下，盾构及下立交工程先后施工的数值模拟分析，施工可行性研究和施工参数优化；C.结合工程要求，隧道周围土非加固条件下，盾构及下立交工程先后施工的数值模拟分析，施工可行性研究和施工参数优化。 在建成下立交结构工况下，三面封闭条件下，双圆盾构长距离推进的数值模拟理论分析和下立交结构的安全保护技术研究。 在自由面工况下，双圆盾构推进时，为确保盾构顺利推进，数值理论分析盾构开挖面稳定的施工参数优化。（3）模型研究 三面封闭条件下，盾构推进的模型试验研究。 室内和现场试验研究，主要包括：A. 双圆盾构推进前和推过后，对周围土层取土，并进行室内土工试验，研究土性的变化特征；B.双圆盾构掘进，同步注浆浆液的试验及配比优化研究。（4）施工监测技术研究 施工现场测试项目的确定 监测方式和测点布置 监测数据分析（5）施工关键技术研究 双圆盾构推进时，维持盾构工作面稳定及对上部结构保护的关键施工技术研究； 隧道周围土层加固条件下，盾构隧道上方下立交开挖施工的关键施工技术研究； 隧道周围土层在非加固条件下，盾构隧道上方下立交开挖施工的关键施工技术研究； 隧道周围土层在部分卸载及非加固条件下，盾构隧道上方下立交开挖施工的关键施工技术研究。2.2 子课题二：14号线与东西通道（地下道路）合建工程关键技术研究（1）设计研究内容盾构穿越运营东西通道的数值分析与计算，利用数值模拟的方法，分析计算盾构推进时地层损失率、地面变形，以及东西通道结构的附加位移、沉降值等指标，结合东西通道结构变形与强度要求，提出相应的盾构施工控制技术指标，确保东西通道的运营安全。 围压不平衡状态下的隧道结构强度与变形的分析。 设计方案优化研究，根据分析和计算的隧道施工及工后沉降对运营东西通道的影响结果，设计优化东西通道地基加固、围护结构形式、围护墙深度等关键设计参数，既有利于为14号线区间隧道实施预留安全可行的条件，又为14号线施工东西通道安全运营创造条件。（2）盾构推进的施工技术研究内容 东西通道（地下道路）的安全保护技术研究，主要包括：A.盾构推进对东西通道结构变形和应力变化的数值理论分析；B.盾构推进时东西通道稳定性分析与变形控制技术研究；C.在三面封闭条件下，盾构掘进施工技术研究;D.盾构推进对东西通道地基承载力及底板受力变化的研究；E.东西通道控制长期沉降的注浆加固可行技术研究。 地铁14号线与东西通道合建段关键技术，主要包括：A.已建地下道路下的盾构进出洞技术；B.盾构施工运输系统。 已建地下道路恶劣工况条件下，盾构施工的通风方案研究。 盾构同步注浆浆液配比优化、注浆压力及压注工艺研究。 联络通道施工关键技术，主要包括：A.已建地下道路下地铁隧道联络通道施工的风险研究；B.联络通道施工方案比选及相应施工技术研究； 监测方案设计研究，主要包括：A.明挖地下道路斜上穿地铁运营隧道的结构稳定性与变形监测；B.已建地下道路下盾构推进的安全保护监测方案；C.已建地下道路下联络通道施工的监测方案。3、主要研究成果及创新点本项目依托10号线大连路地下道路与地铁区间隧道合建实施工程为研究背景，并以拟建地铁14号线与浦东大道合建工程为研究内容，主要研究并取得的成果有： （1）依托10号线大连路合建实施工程，通过理论分析、现场监测、数值模拟等手段，对盾构平行长距离下穿下立交工程的土体及结构物的扰动、沉降的特征、影响因素、控制措施等方面进行了系统分析研究，开展了工程现场的实测与理论分析的对比总结，研究成果为今后类似工程实施提供了技术支持和经验积累。（2）针对拟建14号线与东西通道合建工程特点，通过二维数值模拟方法系统分析了盾构穿越施工、区间隧道工后沉降对东西通道安全的影响及围压不平衡状态下隧道受力变形情况，分析结论表明，区间隧道合理施工条件下，东西通道是安全的，其工后沉降在设计允许范围内。并结合数值模拟计算结论，对设计方案进行了合理优化，对施工具有较好的指导意义。（3）在前期10号线大连路工程的基础上，结合工程实践的总结、理论分析、数值模拟，探索研究了14号线与东西通道合建工程中，盾构推进的施工参数优化、盾构进出洞、联络通道施工及东西通道保护等施工关键技术，可为今后工程实施提供参考和指导。（4）课题依托2项轨道交通盾构区间隧道工程，展开的课题研究，不仅确保了工程的圆满完成，施工的各项指标达到了技术标准的要求，工程质量满足相关技术规范要求，建立的施工工艺参数和设计优化方案为后续14号线的工程建设提供了实践指导和技术支撑。 （5）课题完成了研究总结报告三篇，具体为： 地铁盾构隧道长距离平行下穿地下道路关键技术研究综述报告 10号线双圆盾构下穿下立交结构的关键施工技术专题研究报告 14号线与东西通道（地下道路）合建工程关键技术研究专题研究报告4、成果获奖、专利及应用情况4.1 成果水平课题于2011年3月3日通过验收，经专家组评审，研究成果具有创新性、先进性和实用性，总体上达到国际先进水平。4.2 专利情况依托课题研究，申请专利4项：(1)一种高分子泥浆及其配置系统（授权号：ZL200810036118.4）(2)一种复杂环境条件下隧道内微扰动注浆控制方法（受理号：200810036230.8）(3)隧道内微扰动注浆工艺（受理号：200810036231.2）(4)三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法（受理号：201010611554.7）4.3 工法情况依托课题研究，编制申请工法1项。卸压孔工法（上海市工法申请受理中）4.4 论文发表情况发表技术论文6篇。4.5 工程应用课题研究成果应用于上海市轨道交通10号线3标段盾构区间盾构长距离平行下穿越已建下立交结构施工工程，4.6 应用前景通过对10号线区间隧道与相