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富水砂卵石地层盾构开挖引起的地表沉降数值模拟

作　者: 吴海钰
导　师: 陈四利；孙海霞
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 盾构施工 地表沉降 有限元 数值模拟 富水砂卵石
分类号: U455.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


盾构法以其自身独有的智能化、快捷、安全等特点和优势在近年来城市地铁施工工艺中占有显著的地位。同时由于施工引起的地表沉降以及施工过程中对周围土体产生的不同程度扰动也成为盾构隧道设计中非常关注的问题。地表沉降量过大将影响到隧道施工的安全性以及地表周围建筑物的正常使用,由此造成了相当大的经济损失。因此,监测和预测盾构法隧道施工过程中引起的地表沉降规律有着十分重要的实际工程意义。为了研究地铁盾构施工对地表沉降的影响情况,本文对盾构法隧道施工引起的地表沉降规律及现场监测数据进行分析,结合沈阳地铁一号线实际工程盾构法隧道施工,针对富水砂卵石的地层特点,以盾构法隧道施工引起的地表沉降变形作为研究对象,根据工程实际和现场实测数据,得到了盾构法隧道施工开挖过程中引起的地表竖向和水平的位移变化规律,并采用大型有限元分析软件ABAQUS,在综合考虑盾构施工过程中的渗流、开挖深度、土仓压力、土体弹性模量、管片刚度与等代层弹性模量等因素,建立了能够更加全面合理地模拟施工过程中各种因素影响的三维有限元模型,模拟盾构隧道施工的动态开挖过程,分析研究了盾构法隧道施工开挖过程中引起的地表变形的应力场和位移场,得到了盾构法隧道施工过程中地表沉降的变化规律,并与实测数据作对比,证实数值模拟结果的可靠性。实测数据分析结果和有限元模拟结果表明,盾构法隧道施工引起的地表变形在允许最大变形值+10mm~-30mm范围之内。为盾构法隧道施工技术在沈阳地区地铁施工中的应用提供了有利的理论依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 课题的研究背景及意义  10-11
  1.2 盾构法简介  11-13
    1.2.1 盾构法隧道施工的特点  11
    1.2.2 盾构的基本构造及分类  11-13
  1.3 盾构法施工的主要技术环节  13-14
  1.4 盾构法施工对地层的影响  14-16
    1.4.1 沉降机理分析  14
    1.4.2 地层隆沉的发展过程  14-15
    1.4.3 引起地层隆沉的因素  15-16
  1.5 国内外研究现状  16-19
    1.5.1 经验法  16-17
    1.5.2 解析法  17-18
    1.5.3 数值法  18-19
    1.5.4 模型试验法  19
  1.6 本文的研究方法及主要内容  19-21
    1.6.1 研究方法  19-20
    1.6.2 研究的主要内容  20-21
第二章 盾构隧道施工过程的有限元模拟方法  21-31
  2.1 盾构法的基本原理  21
  2.2 盾构法隧道的施工过程  21-22
  2.3 盾构隧道施工过程的模拟方法  22-23
  2.4 反映施工质量的等代层模型  23-24
  2.5 盾构法施工的非线性有限元模型  24-31
    2.5.1 材料参数的有限元数值模拟  24-25
    2.5.2 有限元控制方程  25-28
    2.5.3 初始地应力场平衡分析  28-31
第三章 盾构隧道施工的有限元模型建立  31-37
  3.1 盾构区间隧道设计  31
  3.2 有限元模型的建立  31-33
  3.3 模型的网格划分  33-34
  3.4 计算参数  34-35
  3.5 施工过程描述  35-37
第四章 不同影响因素下的地表沉降分析  37-57
  4.1 地下渗流的影响  37-41
    4.1.1 孔隙率的影响  39-41
    4.1.2 地下水的影响  41
  4.2 开挖深度的影响  41-49
    4.2.1 位移场分析  41-46
    4.2.2 应力场分析  46-49
  4.3 土仓压力的影响  49-50
  4.4 土体弹性模量的影响  50-53
  4.5 管片刚度的影响  53-54
  4.6 等代层弹性模量的影响  54-56
  4.7 本章小结  56-57
第五章 沈阳地铁重启区间盾构施工实例分析  57-67
  5.1 工程地质条件  57-58
  5.2 砂卵石地层的工程特性  58
  5.3 地表沉降监测  58-61
  5.4 模拟数值与监测数值对比  61-66
    5.4.1 纵向地表沉降值对比  62-63
    5.4.2 横向地表沉降值对比  63-66
  5.5 本章小结  66-67
第六章 结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-72
在学研究成果  72-73
致谢  73

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道施工 > 施工方法 > 盾构法（全断面开挖）
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