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盾构隧道施工地表沉降规律及控制措施研究

作　者: 郑淑芬
导　师: 罗周全
学　校: 中南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 隧道盾构数值分析地表沉降控制措施
分类号: U455.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 381次
引　用: 5次
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内容摘要

城市地铁隧道采用盾构法施工时,在盾构机的推进过程中一般会引起隧道上方地表沉降,并且在隧道施工阶段和运营阶段还会产生隧道沉降,直接影响周围地面建筑和地下设施的正常使用。如何减少施工对周围土体的扰动程度,分析地表沉降的原因并研究地表沉降的规律是隧道施工中的一个很重要的问题,具有实际的工程意义。论文在收集并阅读大量相关文献和资料的基础上,对盾构隧道施工地表沉降进行了较为深入的研究。首先,归纳总结前人研究所得理论,分析了产生地表沉降的机理和影响地表沉降的因素以及地表沉降的大致规律；接着,以广州地铁三号线北延段高增站-新机场南站区间盾构隧道为实际工程背景,运用有限元软件MIDAS/GTS模拟盾构隧道开挖掘进过程,分析盾构隧道掘进过程中产生的地表沉降,并将数值模拟分析结果与实测的地表监测数据对比；然后,借助MIDAS/GTS软件,研究上层覆土条件、盾尾注浆、掘进压力和双线隧道的不同开挖顺序等因素对盾构隧道地表沉降的影响规律；最后,针对如何将地表沉降控制在合理范围内提出了实用性的措施。论文研究得出：(1)有限元软件MDAS/GTS模拟分析盾构隧道产生地表沉降的结果与工程实测的监测数据基本吻合,从而验证了本文数值分析结果的可靠性。(2)研究表明采用盾构施工的隧道上方覆土的厚度越大,地表沉降就越小；当上覆土层厚度相同时,埋深越大处地层的横向最大沉降量越大。(3)采用等代层来模拟盾尾注浆时,等代层的弹性模量取值对地表沉降影响很小,而等代层的厚度则明显影响地表沉降值。(4)掘进压力对地表纵向沉降影响较大,施工中应控制好掘进推力的大小,广州地铁三号线高增站-新机场南站区间盾构隧道的掘进压力应控制在500kPa左右比较合适。(5)双线隧道施工时,同时同向开挖和完成一条隧道后调头开挖另一条隧道两种不同施工方案引起的地表沉降值相差不大；但是,完成一条隧道后调头开挖另一条隧道由于先开挖隧道对后开挖隧道有沉降叠加作用,因此两条隧道中心线上的沉降值不等,沉降槽不对称。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 国内外研究现状综述  9-17
    1.2.1 经验公式法  10-12
    1.2.2 解析法  12-13
    1.2.3 理论分析法  13-15
    1.2.4 模型试验研究法  15-16
    1.2.5 数值分析法  16-17
  1.3 目前研究存在的问题  17
  1.4 本文研究内容与技术路线  17-19
    1.4.1 主要研究内容  17-18
    1.4.2 技术路线  18-19
第二章隧道施工产生地表沉降的机理  19-31
  2.1 盾构施工原理  19-20
    2.1.1 盾构法的基本工作原理  19
    2.1.2 盾构法的主要技术环节  19-20
  2.2 盾构施工对土层的扰动机理  20-24
  2.3 地层沉降的影响因素  24-26
  2.4 地层沉降的特征  26-29
    2.4.1 地层沉降的时间效应  26-27
    2.4.2 地层沉降的空间效应  27-29
  2.5 本章小结  29-31
第三章隧道施工数值模拟  31-58
  3.1 隧道施工过程有限元分析原理  31-39
    3.1.1 隧道模型有限元分析概述  31-32
    3.1.2 岩土材料力学特性和本构模型  32-35
    3.1.3 隧道施工过程数值模拟方法  35-39
  3.2 MIDAS/GTS简介  39-42
  3.3 工程概况  42-48
    3.3.1 工程地质条件  42-45
    3.3.2 水文地质条件  45-46
    3.3.3 场地类别与地震烈度、地震效应  46
    3.3.4 地面沉降监测  46-48
  3.4 数值模拟  48-53
    3.4.1 计算假定  48
    3.4.2 计算边界及网格划分  48-49
    3.4.3 材料属性  49
    3.4.4 模拟的过程  49-53
  3.5 计算结果分析  53-57
  3.6 本章小结  57-58
第四章地表沉降影响因素敏感度分析  58-70
  4.1 不同覆土条件下盾构开挖对地表沉降的影响  58-61
  4.2 盾尾注浆对地表沉降的影响  61-64
  4.3 不同掘进压力条件下盾构开挖对地表沉降的影响  64-66
  4.4 双线隧道不同开挖方式对地表沉降的影响  66-68
  4.5 本章小结  68-70
第五章地表沉降控制措施  70-77
  5.1 地表移动与变形对周围建筑物的影响  70-71
  5.2 地表沉降控制基准分析  71-73
  5.3 控制盾构隧道施工地面沉降主要的工程方法  73-75
  5.4 工程实际采用的控制地表沉降措施  75-76
  5.5 本章小结  76-77
第六章结论与展望  77-79
  6.1 本文结论  77
  6.2 下一步工作展望  77-79
参考文献  79-84
致谢  84-85
攻读学位期间主要科研成果  85

盾构隧道施工地表沉降规律及控制措施研究

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