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盾构过富水砂层对环境影响的分析研究

张远荣  
【摘要】:城市隧道的施工会影响周边环境,导致地面下沉、管线损坏、建构筑物变形等,严重时会影响社会稳定。盾构施工是一种公认对环境影响较小的施工方法,但是由于施工过程控制缺乏经验,造成环境影响的工程实例很多。盾构施工对环境影响的因素很多,在饱和强透水砂层中施工引起的地面沉降、孔压变化及其对周围环境影响的问题十分复杂,深入研究该问题对于盾构隧道设计、施工和城市环境保护具有重要的意义。本文在盾构力学模型的基础上,考虑水土流-固耦合相互作用,建立了盾构施工计算模型,模拟盾构掘进施工过程;采用FLAC3D非线性有限差分程序,模拟计算盾构的实际工作性状和对环境的影响,与实际检测数据对比具有合理性;进一步利用上述计算模型和方法研究了不同施工条件与施工参数对环境影响的规律,取得了一些十分有意义的结论,对实际工程具有指导意义。本文的主要研究工作包括: 1、回顾总结了盾构施工技术的发展历程及其在国内的应用情况,分析了盾构施工对周围土体的扰动机理及其对地层沉降的影响范围,归纳了盾构施工对隧道周边土体扰动的研究方法。 2、介绍了FLAC3D非线性有限差分程序的特点,以及饱和土体流-固耦合数值模拟方法、计算原理及其计算流程。 3、通过分析盾构施工过程和受力特征,建立了综合反映各种因素影响的盾构施工计算模型。 4、以深圳地铁2号线一段90米长富水砂层为例,考虑水土的流-固耦合相互作用,采用有效应力法,模拟计算了盾构通过该段地层产生地表沉降与孔压变化的规律,通过模拟计算结果与实测值的对比分析,验证了计算模型建立与计算参数选取的合理性。 5、采用上述计算模型和计算方法,进一步研究了不同施工条件与施工参数对环境影响的变化规律。通过数值模拟计算结果分析,取得了一些新的认识和具有指导施工意义的研究成果。


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