地下水对广州地铁隧道盾构施工影响的数值分析

摘要

20世纪90年代至今，城市交通需求随着人口的增长而增加，随之而来的城市交通压力也变得越来越重，而地铁成为缓解城市交通压力的主要方式。同时，由于地铁建设主要位于东部沿海地区，不可避免的会在地下水贮藏丰富的地层或者富水砂层中进行盾构施工。本文以广州地铁三号线北延段某一地铁区间的隧道盾构施工为工程背景，利用有限差分软件FLAC3D进行隧道盾构开挖模拟，主要研究方案如下： 1、忽略地下水对隧道盾构施工的影响，建立初始模型。将初始模型计算得到的土体沉降数值和利用Peck修正公式计算得到的沉降数值进行对比。 2、考虑地下水存在所带来的附加应力对隧道盾构施工的影响，建立不排水分析模型（不考虑地下水的渗透性）。将不排水分析模型计算得到的土体沉降数值和利用Peck修正公式计算得到的沉降数值进行对比。 3、考虑地下水渗透作用和土体力学作用的耦合对隧道盾构施工的影响，建立流固耦合模型。将流固耦合模型计算得到的土体沉降数值和不排水模型、初始模型计算得到的沉降数值进行对比。 4、改变隧道盾构所在土层的渗透系数和地下水位，建立不同的有限差分模型。得到不同渗透系数和地下水位下的地表沉降数值，并进行对比。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2课题研究意义

1.3国内外研究现状

1.4研究目的、研究内容、研究存在问题以及技术路线

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

1.4.3研究存在问题

1.4.4技术路线

第2章 地下水对地铁盾构隧道的影响分析

2.1地下水在地铁盾构施工期间的主要影响

2.1.1地下水对盾构隧道管片上浮的影响

2.1.2盾构隧道管片上浮计算模型

2.1.3富水地区泥水盾构隧道渗漏现象

2.1.4土压盾构施工中地下水出渗现象

2.1.5地下水对地表沉降的影响

2.2地铁隧道盾构施工期间地下水的防治技术以及优缺点

2.2.1盾构隧道管片上浮控制[44]

2.2.2富水地区盾构隧道渗漏现象控制

2.2.3土压盾构隧道地下水出渗现象控制

2.2.4地下水对地面沉降影响控制

第3章 盾构隧道开挖三维有限差分数值模拟

3.1 FLAC3D简介

3.1.1 FLAC3D基本原理

3.1.2 FLAC3D分析步骤以及求解流程

3.2工程概况

3.2.1工程地质

3.2.2水文地质

3.2.3周围环境

3.3盾构隧道开挖数值模拟

3.3.1土体几何模型的建立

3.3.2初始边界条件的设置

3.3.3初始应力的模拟

3.3.4土体本构模型的确定[46,47]

3.3.5初始模型的平衡

3.3.6盾构开挖步骤

3.3.6初始模型的沉降结果分析

3.4不排水隧道盾构数值模型与初始模型的对比分析

3.4.1不排水分析模型地面沉降结果分析

3.4.2不排水分析模型与Peck修正公式、初始模型对比

3.5本章小结

第4章 渗流场-应力场耦合基本理论以及流固耦合数值分析

4.1地下水和土体的相互力学作用

4.1.1静水压力

4.1.2渗透力

4.1.3岩体变形对地下水的影响

4.2渗流—应力耦合分析基本理论

4.2.1渗流场控制方程

4.2.2应力场控制方程

4.3流-固耦合数值模拟分析

4.3.1流-固耦合模型参数设置

4.3.2渗流模式下的边界条件

4.3.3流-固耦合模型结果分析

4.4渗透系数和地下水位的变化对地表沉降的影响

4.4.1不同渗透系数下的土体沉降

4.4.2渗透系数变化对工程实例的影响

4.4.3地下水位变化对工程实例的影响

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢