复杂环境下隧道施工对邻近地铁隧道及地下管线的影响及变形控制分析
【摘要】：
城市隧道施工不可避免会对周围土体产生扰动，进而对邻近的建筑物(构筑物)及地下管线产生影响，严重时会危及建筑物(构筑物)及地下管线的安全。研究城市隧道开挖引起的地层位移及对邻近设施的影响，对于保证已有设施的安全和正常使用具有重要意义。本文根据隧道开挖特点，运用有限差分元法计算软件(FLAC3D)采用弹塑性方法分析研究了隧道施工引起的地层位移及其对邻近地下管线的影响，主要研究内容包括：
1．以首都机场线东直门站C区工程为背景，对复杂条件上跨下穿同一条既有线的环境控制进行数值模拟分析，研究近距离穿越既有隧道对既有线的影响，选择合理的施工方案。
2．分析归纳了隧道工程施工对地下管线和地面建筑物的影响，找出了地表最大沉降值w_(max)与地下管线和地面建筑物的变形及应变的关系，以便能够根据管线和建筑物的安全要求来确定地表最大允许沉降值w_(max)。
3．分析了隧道施工对邻近地下管线的影响因素，利用有限差分计算软件模拟首都机场线东直门站暗挖隧道工程施工过程，计算各施工阶段地表沉降和各主要管线的变形。
4．用经验公式法进行管线沉降和内力计算，并和数值模拟计算结果进行比较。讨论合理的预测管线变形及评价管线安全性能的方法。总结了地下管线的安全性判别方法及保护措施。
【关键词】：地铁工程 数值模拟 沉降控制 地层位移 地下管线 【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U455.4
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2007.085485
【目录】：
- 中文摘要6-7
- ABSTRACT7-10
- 第一章 绪论10-21
- 1.1 引言10-11
- 1.2 国内外研究现状11-19
- 1.2.1 近距离穿越既有地铁隧道11-13
- 1.2.2 城市隧道施工引起的地层位移13-19
- 1.3 本论文的主要研究内容19-21
- 第二章 计算理论及方法21-44
- 2.1 三维快速拉格朗日元法的基本原理21-24
- 2.1.1 数学模型21-22
- 2.1.2 边界和初始条件22
- 2.1.3 本构方程22-23
- 2.1.4 数值方法23
- 2.1.5 主要计算步骤23-24
- 2.2 隧道施工过程模拟方法24-26
- 2.2.1 隧道开挖、支护及预加固措施的模拟方法24-26
- 2.3 隧道施工对上跨既有管线的影响分析26-42
- 2.3.1 基本理论26-28
- 2.3.2 隧道开挖所引起的管线处的地层径向变形28-29
- 2.3.3 管线垂直于隧道轴线时29-30
- 2.3.5 管线平行于隧道轴线时30-33
- 2.3.6 管线变形33
- 2.3.7 管线接头转角33-35
- 2.3.8 隧道开挖所引起的管线处的地层轴向变形35-39
- 2.3.9 管线变形与土—管剪应力39
- 2.3.10 管线接头的拉伸39-41
- 2.3.11 隧道、管线及土体参数对管线弯应力和应变的影响41-42
- 2.4 管线的变形标准42-44
- 第三章 上跨下穿同—既有地铁隧道的变形控制分析44-60
- 3.1 工程环境44-45
- 3.2 工程地质及水文地质条件45-46
- 3.3 设计的施工方案46-48
- 3.4 数值模拟分析48-53
- 3.4.1 建模情况及计算参数48-51
- 3.4.2 施工过程数值模拟方案51-53
- 3.5 数值模拟结果分析53-57
- 3.5.1 东北角深基坑及D区基坑开挖对折返线变形的影响分析55
- 3.5.2 小导洞开挖对折返线的影响55-56
- 3.5.3 各施工阶段沉降量控制56-57
- 3.6 既有线结构的应力分析57
- 3.7 控制折返线变形技术措施以及达到警戒值时的预案57-58
- 3.8 工程实施情况58
- 本章小结58-60
- 第四章 大跨暗挖隧道对既有管线影响数值模拟60-88
- 4.1 引言60
- 4.2 工程概况60-62
- 4.3 设计方案62-64
- 4.3.1 A区暗挖段62-63
- 4.3.2 安全线暗挖段63-64
- 4.4 基本假定及说明64-65
- 4.5 计算模型65-67
- 4.5.1 计算范围65-66
- 4.5.2 计算参数及单元类型66-67
- 4.6 施工过程数值模拟67-70
- 4.7 计算结果70-78
- 4.7.1 地表沉降分析70-73
- 4.7.2 管线变形结果73-74
- 4.7.3 地下构筑物变形分析74-77
- 4.7.4 管线及地下结构应力应变分析77-78
- 4.8 经验公式法计算管线变形及应力分析78-82
- 4.8.1 F1650污水管78-79
- 4.8.2 F1500污水管79-81
- 4.8.3 F600上水管81-82
- 4.9 解析解数值模拟计算比较分析82
- 4.10 管线的保护措施82-84
- 本章小结84-88
- 结论88-90
- 参考文献90-93
- 附图 A93-96
- 附图 B96-100
- 作者简历100-102
- 学位论文数据集102
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