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软土地区盾构隧道施工引起地表沉降的理论与数值研究

马达君  
【摘要】: 盾构掘进技术是地下建设中采用的一种先进技术,它具有快捷、优质、经济和安全等特点,已成为软土地区城市地铁隧道施工的常见工法。然而盾构开挖还是不可避免地会引起一些环境岩土问题,特别是地表沉降问题。过大的地表沉降会影响到盾构隧道的安全施工和地表建筑物以及地下设施的正常使用。对于盾构推进过程中引起软土地层移动和地表沉降的原因及机理,人们还缺乏足够的认识和工程实践经验积累。因此,如何减少盾构施工对隧道周围土体的扰动以及对地表建筑物和地下管线的影响,研究盾构隧道开挖过程中地层移动和地表沉降的原因及机理具有很重要的理论和工程实际意义。 在前人研究工作的基础上,本文以杭州地铁1号线某区间地铁隧道开挖为研究背景,利用三维非线性有限元ADINA软件对土压平衡盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与理论分析,其主要工作和结论如下: (1)简要概述了盾构隧道开挖引起地表沉降问题和隧道开挖引起地表沉降的国内外研究现状和成果。 (2)简单概述了软土的工程性质和软土地层中常用施工方法—土压平衡盾构开挖,接着结合软土的工程性质分析了软土地层盾构开挖引起地表沉降的特征、发展过程和变形机理。 (3)首先将Sagaseta提出的地表沉降空间解析公式简化为平面应变公式,对这个公式进行修正得到一个计算盾构地表横向沉降的解析公式,并结合几个工程实例的实测值和本文的理论解进行对比分析,结果表明两者拟合较好。最后,利用该理论解对在建的杭州地铁1号线某区间隧道的横向沉降槽进行了提前预测。 (4)通过对杭州地铁1号线某区间盾构隧道进行有限元数值模拟,并对计算结果进行分析,得到了盾构开挖之后的地表沉降沿横向和纵向的变化规律以及不同深度处地层沉降变化规律。 (5)采用有限元数值模拟的方法对隧道相对埋深、土体参数、盾构衬砌材料和壁后注浆等因素对地表沉降的影响进行分析,通过不同参数值的改变来分析各因素对地表沉降的影响。


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