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《西安理工大学》 2008年
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地铁隧道盾构施工诱发地层移动机理分析与控制研究

柳厚祥  
【摘要】: 针对国内外地铁区间隧道盾构法施工诱发地层移动研究的现状和存在的问题,详细分析了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的影响因素以及已有盾构施工数值模拟方法的不足,进而系统研究了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的变形规律及其内在机理,为地铁工程施工引起的工程环境问题的处治提供科学依据。论文主要完成了以下几方面的工作: 1.分析总结了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的机理。地铁区间隧道盾构施工诱发地层移动的机理是由地层初始应力状态的改变、施工扰动引起洞周土体的固结和次固结变形组成。盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,是地层移动的基本原因,根源是施工引起的地层损失。论文分析论证了以盾构为中心的地层移动的三维扩散分布形态与规律。 2.通过分析盾构施工诱发地层移动之机理,提出了反映其主要影响因素的盾构施工三维数值模拟方法;对盾构施工诱发的地层移动和地表位移情况、近距离双孔区间隧道的地层移动规律进行了系统的分析研究;探讨了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的特点和量化规律。盾构外径、地层性质(尤其是土的内摩擦角f、侧压力系数k_0)和注浆压力等对地层移动及地面沉降的影响最大、最为敏感,是最主要的影响因素;覆土厚度、土体的粘聚力c、盾尾空隙注浆填充率等对地层移动及地面沉降的影响比较大,是主要的影响因素;其他因素则为次要的影响因素。 3.针对数值模拟试验系统分析了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的各影响因素在非等地层损失率情况下的量化规律,提出了在非等地层损失率下能反映隧道直径D、覆土厚度H及地层物理力学参数影响的地面最大沉降预测计算公式及预测地表以下任意深度的最大沉降、沉降槽宽度系数K的半理论公式,并验证了它的正确性。 4.针对经典Peck公式在计算浅埋或超浅埋、双孔地铁隧道盾构施工诱发的地表变形、特别是地表以下一定深度的沉降槽时存在较大的误差,本文在对经典Peck公式作了3点修正假定的基础上,通过建立一个将隧道开挖引起的地层损失集中在过隧道中心的直线上的简化计算模型,引入无量纲参数β来反应不同的隧道相对埋深和断面形状对地表沉降槽曲线的影响,采用累计概率函数推导出预测地铁隧道开挖诱发地表变形的二维和三维修正Peck公式,并通过两个工程实例验证了该修正Peck公式的正确性。
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