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地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律研究

冯超  
【摘要】: 在黄土地区采用盾构方法修建城市地铁隧道在我国尚属首例,由于地表建筑古迹较多,使得盾构施工引起的地表沉降以及对周围环境的影响问题尤为突出,开展黄土地区城市地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律研究具有重要的工程应用价值。 本文以某城市地铁2号线区间隧道盾构施工工程为依托,通过理论分析、FLAC~(3D)数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了盾构施工修建地铁隧道时的地表沉降规律、城墙基础变形规律,建议了变形控制方案。主要工作有: (1)研究了地铁隧道盾构施工引起的地表沉降主要原因及其变形机理。结果表明,影响地表沉降变形的主要原因是盾构法施工过程中产生的地层损失引起地层移动、衬砌结构的变形、土体的固结和次固结作用等。在隧道盾构施工过程中,地表沉降根据盾构推进位置不同,分为盾构到达前、盾构到达、盾构通过时、盾尾通过、后续沉降五个阶段的变形。(2)分析研究区间隧道和地表沉降暨有监测资料,得出了Peck公式沉降槽宽度影响系数K在0.44~0.50之间变化。根据计算结果,建议了Peck公式在黄土地区城市地铁隧道盾构施工引起的地表沉降预估时的适用条件。 (3)建立了FLAC~(3D)数值模型预测盾构施工下穿古城墙时其基础变形规律。通过对不同工况计算结果的对比分析,建议了对古城墙门洞下地层采用钻孔灌注桩加地层化学注浆加固的方案来控制古城墙基础变形,以保证地铁隧道顺利安全通过古城墙。FLAC~(3D)数值分析表明:随着黄土粘聚力、内摩擦角的提高,城墙基础沉降及地表沉降均有所减缓。但是当内摩擦角超过21°后,对城墙基础沉降及地表沉降位移影响减小。 (4)设计了地表沉降及城墙基础变形监测方案,完成了现场监测。监测结果与计算结果比较表明,城墙基础沉降曲线和隧道轴线对应地表沉降曲线的实测值与计算值的变化趋势基本一致。说明FLAC~(3D)模拟计算的结果是可信的。


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