莞惠城际轨道东江段盾构区间地表沉降分析及数值模拟

摘要

盾构法隧道施工中，由开挖引起的地层扰动与地层损失将表现为地表沉降。换言之，对于地表沉降的控制直接影响着施工安全与质量。但是地层条件的复杂性及施工综合因素的影响，使得对于地表沉降的控制具有一定难度。因此，对于施工过程中地表沉降的研究将具有实际工程意义。本文以莞惠城际轨道的建设为背景，运用拟合与数值模拟等方法，对土压平衡盾构施工过程中的地表沉降进行了深入研究。主要研究内容如下:
　　1.本文研究了沉降槽宽度系数i和埋深Z的关系，确定了两者在本工程中的拟合关系公式i=1.69Z0.73。该公式与实测数据能较好吻合，反映了沉降槽宽度系数和埋深之间的关系。这对于实际施工与监测中确定地表沉降的最大值和沉降影响范围有一定的指导意义。
　　2.本文运用Boltzmann函数对实测数据进行拟合，研究了隧道轴向地表沉降与时间的相关性。结果表明在盾构通过指定断面前后约四天内，隧道轴线处地表沉降值迅速加大，但其它时间段均缓慢增加，最后沉降值趋于稳定。曲线较好反映了工程的实际情况，且拟合相关系数较高。因此，Boltzmann函数可以较为准确地模拟盾构隧道轴线处地表沉降量随时间的变化过程。这对于实际工程中地表沉降的预测具有一定的指导意义。
　　3.土仓压力是土压平衡盾构施工的重要参数，也是施工期地表沉降的重要影响因素。本文通过参阅现有资料以及经验公式的试算，总结出了土仓压力的近似计算方法，并通过本项工程的三个断面进行验证，结果显示该土仓压力近似计算方法适用于本工程，并对盾构施工的现场土仓压力管理及控制具有指导意义。
　　4.本文运用Plaxis3D Tunnel三维有限元软件研究了本工程盾构施工的动态掘进过程，该软件考虑了盾构机与周围土体的摩擦作用、盾尾注浆等因素。模拟计算结果显示了地层移动与地表沉降的规律，例如地表沉降在盾构通过断面前后约20～25m范围内发生较大增长，并与实测数据有较好一致性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 经验法

1．2．2 模型试验研究

1．2．3 数值计算分析研究

1．2．4 考虑施工参数的分析研究

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 研究目的及意义

1．3．2 研究内容

第二章 莞惠城轨东江段盾构区间工程概况

2．1 工程概况

2．1．1 东江段隧道地面情况

2．1．2 东江江面航运情况

2．2 东江段工程地质条件和水文地质条件

2．2．1 东江段工程地质条件

2．2．2 东江段水文地质条件

2．3 土压平衡盾构

2．4 施工质量保障措施

2．5 过江监测

2．6 本章小结

第三章 沉降分析

3．1 盾构施工地表沉降机理

3．2 横向地表沉降分析

3．2．1 理论基础

3．2．2 沉降槽宽度系数的分析

3．3 隧道轴向地表沉降分析

3．3．1 盾构掘进地表沉降过程

3．3．2 地表沉降与时间的相关性

3．3．3 实测数据分析

3．4 本章小结

第四章 土仓压力设定

4．1 关于土仓压力

4．2 掘进工作面压力的控制范围

4．3 掘进工作面压力的计算方法

4．3．1 基于弹性力学理论的土压力计算方法

4．3．2 基于土力学理论的土压力计算方法

4．3．3 水土压力迭加计算方法

4．3．4 数值算例

4．3．5 计算方法的确定

4．4 土仓压力与掘进工作面的关系

4．5 土仓压力的计算

4．5．1 土仓压力的近似计算方法

4．5．2 在本工程中的验证

4．6 本章小结

第五章 数值模拟

5．1 Plaxis 3D Tunnel软件简介

5．2 土体的本构模型

5．3 模型的相关说明及断面选取

5．3．1 模型的相关说明

5．3．2 模型的断面选择

5．4 建立模型

5．5 模拟计算

5．6 模拟计算结果分析

5．6．1 计算结果图示

5．6．2 与实测数据对比

5．7 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

声明

致谢