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铁路隧道CRD法施工引起的地表变形及其监控量测研究

作　者: 邱浩浩
导　师: 柳厚祥
学　校: 长沙理工大学
专　业: 岩土工程
关键词: 铁路隧道 CRD法数值模拟监控量测地表变形建筑物倾斜
分类号: U456.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

浅埋暗挖法是在城市地区修建隧道主要方法之一。隧道施工,不可避免将扰动地下岩土体,使其失去原有的平衡状态,而向新的平衡状态转化。在这个过程中地下岩土体及地表面势必发生位移及变形。当地表的位移和变形达到一定程度时,会对地面产生严重的沉降及塌陷,进而导致地面建筑物的损坏,这些问题严重影响人们正常生活,造成严重的经济损失和社会影响。本文以龙厦铁路石桥头隧道工程为依托,根据城市浅埋铁路隧道施工引起的地表变形及其对地面建筑物的影响进行研究,结合现场的监控量测数据进行分析,得出了CRD法施工的地表变形规律和各部施工沉降分配关系,及其隧道中线上方和隧道两边建筑物的倾斜变形规律和建筑物倾斜极大值与最终值的关系。本文主要研究工作如下:(1).根据不同的地质条件,采用不同的施工方法进行隧道施工。针对石桥头隧道进口段DK2+525~ DK3+021,由原来双侧壁导坑法改为CRD法施工,进而从围岩地质状况、隧道结构、隧道埋深、地表沉降要求、施工工期等重要指标对CRD法在该隧道施工中的可行性进行分析与论证,得出采用CRD法施工是可行的。(2).采用有限差分法,对CRD法施工引起地表变形进行三维数值模拟分析,得到CRD法施工的隧道地表横、纵向变形规律、衬砌受力分布特点、衬砌受力与围岩变形关系等。结合地表倾斜曲线、地表曲率曲线、地表水平位移和变形曲线,分析预测隧道施工对地表建筑物安全影响程度。(3).根据新奥法原理和隧道实际情况,从量测手段、测点和断面布设、量测频率及信息管理反馈等出发,提出了切实可行的量测方案。根据量测信息分析,对施工过程进行了信息反馈,达到了动态指导施工的目的。通过对CRD法施工引起的地表沉降和地面建筑物倾斜的丰富数据进行分析,得出了地表沉降横、纵向规律和隧道上方地表建筑物倾斜变形规律。(4).通过三维数值模拟结果与实测分析结果进行对比研究,得出在城市浅埋铁路隧道采用CRD法施工引起的地表沉降横、纵向变形规律和隧道中线上方及隧道两侧的建筑物倾斜变形规律及CRD法各部施工所引起的地面沉降量占总沉降量的百分比(左上导洞施工占21.3%、右上导洞施工占45.5%、左下导洞施工占13.7%、右下导洞施工占15.7%、二次衬砌施工占3.8%)和隧道中线上方建筑物倾斜极大值不是量测的最终值,而隧道两侧的建筑物倾斜极大值是量测的最终值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-24
  1.1 问题的提出  11-12
  1.2 问题研究目的与意义  12-13
  1.3 浅埋暗挖技术  13-14
  1.4 隧道工程研究现状  14-21
    1.4.1 隧道工程发展的概况  14-16
    1.4.2 隧道施工引起地表变形的研究现状  16-19
    1.4.3 隧道工程监控量测的研究现状  19-21
  1.5 本文研究的主要内容与方法  21-24
    1.5.1 研究思路  21
    1.5.2 研究内容  21-22
    1.5.3 研究方法  22-24
第二章石桥头铁路隧道施工方法的优化  24-36
  2.1 石桥头铁路隧道工程概况  24-27
    2.1.1 工程地质概况  26-27
    2.1.2 水文地质概况  27
  2.2 石桥头隧道施工原设计方案和变更方案  27-31
    2.2.1 石桥头隧道原工程设计  27-28
    2.2.2 石桥头铁路隧道变更后工程设计  28-29
    2.2.3 石桥头铁路隧道变更方案的施工步序  29-31
  2.3 石桥头铁路隧道进口段施工方法的优化  31-33
    2.3.1 隧道进口段工程特点  31-32
    2.3.2 进口段施工方法的对比分析  32
    2.3.3 隧道进口段施工方法优化  32-33
  2.4 CRD 法施工的技术措施  33-34
    2.4.1 CRD 法施工中的注意事项  33-34
    2.4.2 加强洞内及地表的监控量测  34
  2.5 CRD 法在石桥头铁路隧道施工中的优点  34-35
  2.6 小结  35-36
第三章 CRD 法施工引起地表变形的数值模拟分析  36-58
  3.1 隧道施工的力学机理  36-38
    3.1.1 隧道施工力学原理  36-38
    3.1.2 隧道施工力学效应  38
  3.2 FLAC3D 的特点及基本原理  38-39
  3.3 本构模型的选择  39-43
    3.3.1 弹性模型  39-41
    3.3.2 开挖模型  41
    3.3.3 Mohr-Coulomb 塑性模型  41-43
  3.4 隧道施工过程模拟  43-44
  3.5 隧道施工数值模型的建立  44-48
    3.5.1 计算模型的建立  44-46
    3.5.2 模型边界条件及物理参数  46-47
    3.5.3 求解方法  47-48
  3.6 CRD 法施工过程的数值模拟  48-55
    3.6.1 CRD 法数值模拟过程  48-50
    3.6.2 数值模拟结果与分析  50-55
  3.7 CRD 法施工对地表建筑物的影响  55-57
  3.8 小结  57-58
第四章石桥头隧道施工引起地表变形的监控量测研究  58-83
  4.1 概述  58
  4.2 监控量测方案与实施  58-63
    4.2.1 监控量测的目的与作用  58-59
    4.2.2 监控量测的方法、频率及测点的布设  59-62
    4.2.3 监控量测的控制标准  62-63
  4.3 监控量测成果分析反馈及险情预报  63-70
    4.3.1 监测数据的处理方法  64
    4.3.2 变形监控量测成果分析与分析  64-69
    4.3.3 险情预报及采取的技术措施  69-70
  4.4 地表沉降及建筑物倾斜变化规律  70-81
    4.4.1 地表横向沉降分布规律  70-74
    4.4.2 地表纵向沉降变化规律  74-76
    4.4.3 地表建筑物倾斜变形规律  76-81
  4.5 理论预测与实际情况的分析比较  81-82
  4.6 小结  82-83
第五章结论与展望  83-85
  5.1 结论  83-84
  5.2 展望与建议  84-85
参考文献  85-89
致谢  89-90
附录(攻读硕士期间发表论文及参与项目)  90

铁路隧道CRD法施工引起的地表变形及其监控量测研究

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