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软土盾构隧道施工引起的地层变形与掘进参数分析

黎宁  
【摘要】:随着我国城市化进程地不断加快,大直径土压平衡盾构被广泛应用于地铁隧道、越江跨海隧道、深埋蓄水隧道的建设。由于盾构穿越饱和软土地层,盾构开挖面前方土体的自稳性能逐渐下降,尤其是当盾构隧道穿越复杂的地质条件时,盾构掘进施工将面临更多更为复杂的问题。城市地铁隧道中仍然存在许多尚待解决的岩土工程问题。由于软土盾构隧道建设涉及到许多复杂的因素,且与之相关的盾构隧道理论研究明显落后于工程实践,许多设计和计算理论仍未得到较好的解决。因此,针对盾构隧道掘进施工引起的地层变形与掘进参数的研究具有重要的理论和实际价值。基于此,本文基于大型有限元软件,研究软土地区盾构法施工过程的三维有限元数值模拟方法,分析软土盾构隧道施工对地层变形的影响,并将有限元模拟结果现场实测数据对比分析,计算分析盾构掘进引起的地表位移场以及土体应力场分布(单一土层、埋深(常规埋深)状态下盾构推进施工引起的土压力与变形场分布)。在此基础上,分析盾构推进施工过程引起的地面土体纵向沉降和横向沉降槽变化趋势,根据实际施工情况结合盾构穿越软土地层施工参数统计结果,进而开展盾构施工的最优参数研究(推进速度、土仓压力、同步注浆量),统计性研究成果可以为今后类似工程建设提供一定的理论参考。本论文可得到如下结论:(1)土仓压力对横向沉降槽的影响较大,随着土仓压力的增大,地层损失率减少,横向沉降槽宽度有所减小,土仓压力增大,粘土的最大沉降量逐渐减小,而且减小的幅度有所增大。在不同土仓压力下最大沉降量的差距相差较大。(2)隧道结构变形主要以竖直向位移为主,随着开挖面支护压力的增加,隧道竖直向下的位移也开始增加。开挖面支护压力的变化对新安装衬砌管片变形的影响有限。随着开挖面支护压力的增大,衬砌的变形量反而减少。(3)在软土地层掘进过程中,掘进速度较小且不稳定,掘进速度需求是变化而非稳定的,需要不断调整掘进速度,为保证掘进安全,不同物理力学性质的软土围岩所需求刀盘转速需求也是变化而非稳定的。由于不同掘进参数表现出的物理力学特性也不尽相同,掘进参数需求也是变化而非稳定。


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