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隧道施工引起土体位移与应力的镜像理论研究以及回归方法的应用

赵志民  
【摘要】:盾构法是在城市中修建地铁的一种必要施工方法,较其他施工方法有许多优点,但还是不可避免会对周围土体及邻近建筑产生一定影响。本文在对天津地铁盾构施工现场实测基础上首次引入镜像理论对土体位移与应力进行空间计算与分析。镜像方法是一种基于体积假定的弹性解析方法,相对于有限元方法,镜像方法可以省去繁琐的建模过程,应用更为简便;相对于经验方法,镜像方法可以对土体位移与应力进行空间分析,不但可以进行定性的分析,还可以进行定量计算,计算结果更为全面与完整。根据镜像方法的计算结果,本文进一步对地表建筑物破坏程度进行预估分析,并且讨论了建筑物破坏的各种主要影响因素的影响规律。另外本文对Peck提出的体积假定加以延伸,首次提出根据对隧道轴线上方土体沉降沿深度的变化趋势反推沉降槽曲线宽度系数沿深度的变化规律,得到隧道上方土体沉降的实用计算公式。本文的主要工作如下: (1)对天津地铁盾构施工进行现场实测,分别进行地表、分层沉降及测斜监测,得到盾构施工引起土体位移的第一手资料。 (2)引入镜像理论,对天津地铁盾构施工过程中土体位移与应力进行空间计算分析,并得到最终的位移与附加应力的空间分布。 (3)应用镜像方法对国内外其他隧道工程进行计算,进一步验证镜像方法在隧道施工引起土体位移计算中的适用性。 (4)在镜像方法计算结果基础上进一步预估隧道施工对建筑物的破坏程度,并研究各种影响因素的影响规律。 (5)对Peck体积假定加以延伸,采用回归分析的方法通过对隧道轴线上方土体沉降沿深度的变化趋势反推沉降槽曲线宽度系数沿深度的变化规律,从而得到隧道上方土体沉降的实用计算公式。 研究表明镜像方法对天津地铁盾构施工引起土体位移与应力的计算以及对国内外其他实际工程的计算都得到合理的结果,为隧道施工土体位移与应力的计算分析提供了一种新的思路和方法。应用镜像方法的计算结果可以对地表建筑物破坏程度进行预估,并且确定各种破坏出现的最不利位置。另外回归方法的应用,为计算盾构施工引起土体竖向位移提供了简便的方法,在对实际工程的计算及与镜像方法结果的对照中验证了它的可靠性。


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