盾构下穿在建高铁段高填方路基施工质量控制与评价研究.pdf

中图分类号TU997TU997密级公开公开 UDC本校编号 硕 士 学 位 论 文 论文题目盾构下穿在建高铁段高填方路基施工质 量控制与评价研究 研究生姓名张晴斌张晴斌学号02181980218198 学校指导教师姓名李晓钟李晓钟职称副教授副教授 申请学位等级工学硕士工学硕士专业土木工程建造与管理土木工程建造与管理 论文提交日期20212021 年年 4 4 月月论文答辩日期20212021 年年 6 6 月月 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中 特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得 兰兰 州交通大学州交通大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名签字日期年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 兰州交通大学兰州交通大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 兰州交通大兰州交通大 学学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名导师签名 签字日期年月日签字日期年月日 万方数据 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 盾构下穿在建高铁段高填方路基施工质量控制盾构下穿在建高铁段高填方路基施工质量控制 与评价研究与评价研究 Study on the construction quality control and uation of high fill subgrade in the high speed railway section under shield 作 者 姓 名张晴斌 学科、 专业土木工程建造与管理 研 究 方 向项目管理 学号0218198 指 导 教 师李晓钟 完 成 日 期2021.04 兰州交通大学 Lanzhou Jiaotong University 万方数据 兰州交通大学硕士学位论文 I 摘要 路基作为修建高铁轨道中的关键部位， 施工质量的好坏与否将直接关系到整个项目 的质量。由于路基问题引发的安全事故令人触目惊心，人们对路基施工质量的问题日益 重视。相比于普通路基而言，高填方路基高度高，进行分层填筑时难以控制路基的压实 质量；填方量巨大使其具有较大的自重荷，容易造成路基的不均匀沉降。高填方路基与 盾构隧道交叉施工，二者均为在建项目，相互之间存在的不可控因素更多，当盾构隧道 施工扰动周围土体时，土体所受应力通过桩板结构向上传递至路基，进而引发路基的不 均匀沉降，影响高填方路基的施工质量。高填方路基施工质量出现问题时，不仅会对铁 路施工项目造成严重影响，甚至可能危及后续的行车安全。因此，辨别出影响下穿段高 填方路基施工质量的关键要素，在施工时给与重点管控，运用切实可行的方法对路基施 工质量进行评价，提出施工质量控制措施，是提高下穿段高填方路基施工质量的有效手 段。本文针对下穿段高填方路基的施工质量作如下研究 （1）首先基于项目的施工背景并结合项目的特点展开分析研究，阅读相关的参考 文献了解高填方路基施工质量控制的研究现状， 介绍国内外学者在研究高填方路基质量 控制时主要关注的指标，为选取高填方路基施工质量的控制指标提供理论基础。结合下 穿段高填方路基施工的特点，从多角度分析高填方路基施工质量的关键影响要素，对影 响因素进行总结归纳重新划分类别，构建施工质量评价指标体系。 （2）其次以所选的各评价指标作为变量，使用客观的熵权法确定指标之间的相互 关系式，对各指标进行量化处理。同时基于可拓理论构建不受指标的数量、量纲和信息 重复等问题影响的多级可拓评价模型， 结合某地区盾构隧道下穿在建高铁高填方路基施 工项目， 进行高填方路基施工质量的多级可拓评价， 得到总体目标的施工质量评价结果。 （3）最后分析所得到的多级可拓评价结果，从施工技术、施工管理等方面提出下 穿段高填方路基施工质量控制的具体措施，并对高填方路基的沉降进行监测，依据监测 数据分析高填方路基填筑阶段的沉降量是否在合理的范围内， 确保高填方路基整体的施 工质量，为此后类似下穿段交叉施工项目的质量控制提供一定的参考。 关键词高填方路基；施工质量控制；路基沉降；熵权法；多级可拓评价关键词高填方路基；施工质量控制；路基沉降；熵权法；多级可拓评价 论文类型应用型研究论文类型应用型研究 万方数据 盾构下穿在建高铁段高填方路基施工质量控制与评价研究 II Abstract As a key part in the construction of high-speed railway, the quality of roadbed construction will directly affect the quality of the whole project. Because of the safety accidents caused by subgrade problems shocking our heart, people pay more and more attention to the quality of subgrade construction. Compared with the ordinary subgrade, the high filling subgrade is high in height, and it is difficult to control the compaction quality of the subgrade when the layered filling is carried out. The large amount of filling makes it have a large self-load, which is easy to cause the uneven settlement of subgrade. High fill embankment and shield tunnel intersect each other, more uncontrollable factors,when the shield tunnel construction on the surrounding soil disturbance, soil by stress by pile up to subgrade plate structure, causing uneven settlement of subgrade, affect the quality of high fill subgrade construction. When the construction quality of high fill subgrade is wrong, not only the railway construction project will be seriously affected, but also the subsequent traffic safety may be endangered. Therefore, it is an effective means to improve the construction quality of the high-fill subgrade under crossing section by identifying the key elements affecting the construction quality, giving key control during construction, using practical s to uate the construction quality of the subgrade and putting forward construction quality control measures. In this paper, the construction quality of the high fill subgrade in the underpass section is studied as follows 1 In the first place, on account of the construction background of the project and incorporation the project characteristics conduct analysis and research, read the related literatures to realize the actuality research situation of high fill subgrade construction quality control, recommend the domestic and foreign scholars in the research of high fill embankment quality control focuses on indicators, for the selection of high fill subgrade construction quality control indicators provide a theoretical basis. Incorporation with the features of the construction of high fill subgrade in the underpass section, the principal impacting elements of the process of construction quality of high fill subgrade are analyzed from multiple dimension, the affecting elements are summarized and reclassified, and the construction quality uation index system is constructed. 2 Secondly, the selected uation inds are used as variables, and the objective entropy weight is used to determine the relationship between the inds, and the quantitative processing of each index is carried out. At the same time, based on the extension theory, a multi-level extension uation model is built which is not affected by the quantity, dimension and ination repetition of the indicators. Combined with the construction project of high-speed railway high-fill subgrade under construction of shield tunnel in a certain area, the multi-level extension uation of the construction quality of high-fill subgrade is carried out, and the uation result of the construction quality of the overall 万方数据 兰州交通大学硕士学位论文 III objective is obtained. 3 In the final analysis of multi-level extension uation results, from point view of construction supervision and technology, come up with the concreteness s of high fill subgrade construction quality control , and monitor the sediment of high fill roadbed , on the basis of monitoring data analysis of high fill embankment filling stage whether settlement within a rational range, to guarantee the process of construction quality of entirety high fill roadbed, as hereafter analogous intersect section underneath pass construction projects quality command to afford a certain amount of consults. Key words high fill subgrade; construction quality control; subgrade settlement; entropy weight ; multi-level extension uation 万方数据 盾构下穿在建高铁段高填方路基施工质量控制与评价研究 IV 目录 摘要..................................................................................................................................... I Abstract.......................................................................................................................................II 1 绪论....................................................................................................................................- 1 - 1.1 研究背景及意义.......................................................................................................- 1 - 1.2 国内外研究现状.......................................................................................................- 2 - 1.2.1 质量控制的研究现状.....................................................................................- 2 - 1.2.2 高填方路基施工质量控制的研究现状.........................................................- 3 - 1.3 研究内容和技术路线...............................................................................................- 4 - 1.3.1 研究内容.........................................................................................................- 4 - 1.3.2 技术路线.........................................................................................................- 5 - 1.4 本章小结...................................................................................................................- 6 - 2 下穿段高填方路基施工质量控制与评价基础理论........................................................- 8 - 2.1 下穿段高填方路基基本特征...................................................................................- 8 - 2.2 下穿段高填方路基施工质量控制要点..................................................................- 8 - 2.2.1 路基压实质量控制.........................................................................................- 8 - 2.2.2 路基沉降控制.................................................................................................- 8 - 2.3 下穿段高填方路基施工质量评价方法概述........................................................- 10 - 2.3.1 评价方法的分类与选择...............................................................................- 10 - 2.3.2 指标赋权方法的分类与选择.......................................................................- 12 - 2.4 本章小结.................................................................................................................- 13 - 3 构建下穿段高填方路基施工质量评价指标体系..........................................................- 14 - 3.1 工程项目概况.........................................................................................................- 14 - 3.2 下穿段高填方路基施工质量影响因素.................................................................- 14 - 3.2.1 施工环境.......................................................................................................- 14 - 3.2.2 施工技术.......................................................................................................- 15 - 3.2.3 施工材料.......................................................................................................- 16 - 3.2.4 施工管理.......................................................................................................- 17 - 3.3 下穿段高填方路基施工质量评价指标体系的建立.............................................- 17 - 3.3.1 指标体系建立原则......................................................................................- 17 - 3.3.2 指标体系的建立...........................................................................................- 18 - 3.4 本章小结.................................................................................................................- 19 - 4 构建下穿段高填方路基施工质量评价模型..................................................................- 20 - 4.1 多级可拓评价模型基本概念.................................................................................- 20 - 4.2 经典域、节域、待评物元的确立.........................................................................- 20 - 4.3 质量等级的划分与指标的量化处理.....................................................................- 21 - 4.4 熵权法确定指标权重.............................................................................................- 22 - 4.4.1 矩阵标准化..................................................................................................- 23 - 4.4.2 定义熵..........................................................................................................- 23 - 4.4.3 求熵权...........................................................................................................- 23 - 4.5 计算指标综合关联度.............................................................................................- 24 - 4.6 本章小结................................................................................................................- 25 - 万方数据 兰州交通大学硕士学位论文 V 5 下穿段高填方路基施工质量评价与质量控制措施......................................................- 26 - 5.1 计算评价指标权重................................................................................................- 26 - 5.2 施工质量的多级可拓评价.....................................................................................- 27 - 5.2.1 一级可拓评价...............................................................................................- 27 - 5.2.2 二级可拓评价..............................................................................................- 28 - 5.2.3 三级可拓评价...............................................................................................- 30 - 5.2.4 四级可拓评价...............................................................................................- 31 - 5.3 评价结果分析.........................................................................................................- 33 - 5.4 质量控制措施.........................................................................................................- 34 - 5.4.1 施工技术措施...............................................................................................- 34 - 5.4.2 施工管理措施...............................................................................................- 41 - 5.4.3 施工监测.......................................................................................................- 42 - 5.5 本章小结.................................................................................................................- 47 - 6 结论与展望.......................................................................................................................- 48 - 6.1 结论.........................................................................................................................- 48 - 6.2 展望.........................................................................................................................- 48 - 致谢..............................................................................................................................- 50 - 参 考 文 献........................................................................................................................- 51 - 附录 A 下穿段高填方路基施工质量评价问卷调查........................................................ - 54 - 附录 B 下穿段高填方路基施工质量评价指标量化标准................................................ - 56 - 附录 C 熵权法处理主观数据............................................................................................ - 64 - 附录 D 下穿段高填方路基沉降监测图............................................................................- 66 - 攻读学位期间的研究成果..................................................................................................- 74 - 万方数据 兰州交通大学硕士学位论文 - 1 - 1 绪论 1.1 研究背景及意义 随着我国各城市经济的快速发展，城市中的人口数量呈指数型增长，人们对出行的 需求日趋提高，这加大了我国各城市的交通压力。为减缓新时代下的城市交通压力，各 个城市相继建设城市轨道交通，以提高城市竞争力。自 1965 年开始，我国城市轨道交 通进入萌芽发展状态，2003 年之后，我国城市轨道交通发展建设的速度疾如雷电，城市 轨道的发展日益全面。 中国城市轨道交通协会于 2021 年元旦佳节之际，发布了2020 年中国内地城轨交 通线路概况[1]一文，文中数据显示，截止到 2020 年 12 月 31 日，我国内地运营轨道交 通的城市已经超过 45 座（包括地铁、轻轨、磁悬浮等），运营总里程达到 7978.19 公里 （其中地铁 6303 公里），新增运营线路 1241.99 公里（其中地铁线路占 1122 公里）。 城市交通轨道网络变得越来越密集，出现城市轨道交通线路和其他交通线路之间呈不同 角度交叉或重叠的现象也在所难免。路基是轨道交通建设项目的关键部分，如何确保路 基的施工质量已成为迫切需要解决的问题。 下穿段高填方路基同普通的路基存在较大的差异，首先是高度问题，顾名思义正是 由于高度高才称之为高填方（往往可达 20 米甚至更高）；填筑高度高且填方量大，使 得高填方路基填筑压实变得困难，同时高填方路基具备较大的自重荷载，容易引发路基 稳定、变形沉降等一系列问题；其次，盾构隧道施工穿越高填方路基时势必会影响周围 土体的稳定性，进一步引发路基沉降的问题[2]。目前，对高填方路基的界定还尚未形成 统一的认识，铁路路基设计规范中指出当路基填筑的填料为土质时，其填筑高度达 到或超过 18 米时，或者当路基填料为石质填料，其填筑高度达到或超过 20 米的路基称 为高填方路基；路基填料为碎石或者中粗砂时，填筑高度达 12 米即视为高填方路基， 当在不具备承载能力或者承载能力较低的软质地基上填筑时，填筑高度达到 6 米即可认 为是高填方路基[3]。 鉴于高填方路基填方大、高度高，以致在其填筑施工结束之后，仍需要很长一段时 间方能达到相对稳定的状态。造成此种现象的原因是高填方路基填筑施工结束之后，路 基下的地基基本上是稳定的，但路基本身自重荷载大，且受到后期列车运行以及其他外 界环境的干扰，易产生工后沉降现象，所以其趋于稳定的时间也相对较长。本下穿项目 示意图如下图 1.1 所示 万方数据 盾构下穿在建高铁段高填方路基施工质量控制与评价研究 - 2 - 图 1.1 盾构下穿高填方路基项目示意图 路基作为轨下工程，其施工质量管理是否到位、路基是否存在安全隐患，将直接对 后续列车运营的安全性产生影响。路基质量出现问题造成的安全事故令人触目惊心例 如 2005 年浙江余姚市内的萧甬铁路路基下沉事故、2008 年青岛至济南的胶济铁路路基 不稳引发的重大安全事故、2008 年台湾阿里山铁路路基滑坡事故、2009 年石家庄至太 原客运专线的路基下沉事故，以上事故都是由于路基稳定性所引发的，造成了巨大财产 损失和人员伤亡。可见路基施工质量不仅关系到整个铁路项目的建设水平，而且还关系 到日后生产运营的安全，对路基乃至高填方路基施工质量进行控制，排除路基存在的安 全隐患，提高路基施工质量已然成为大势所趋。 2014 年中国国家铁路集团颁布 168、292 号文件[4]，指出了铁路施工质量对整个铁 路项目的重要影响，确立了铁路施工质量的重要作用，次年 5 月，中华人民共和国交通 部颁发了 2 号文件铁路工程质量监督管理条例[5]，实行铁路项目建设的多方责 任制度，明确了工程项目各单位不同的责任与义务。我国已步入新时代，在此背景之下 对于项目的施工质量监督和管理都提出了新的、更高的要求，进一步凸显了国家对高速 铁路建设项目施工质量管理的重视。因此，需要分析交叉施工的特点以及交叉段高填方 路基施工质量的主要影响因子，对关键因素施以管控，提出质量控制的相关措施，以保 障交叉段高填方路基的施工质量达到或超过标准要求。 1.2 国内