浅埋暗挖法管棚力学分析及施工地面沉降研究

摘要

随着我国城市化进程的高速发展，我国的地铁建设的建设速度和规模都处于世界领先水平，成为了世界上最大的地铁建设市场。地铁隧道往往处于建筑物、道路或者地下管道等结构密集的区域。浅埋暗挖法是地铁隧道工程广泛采用的施工方法，其施工对周围环境的影响，特别是对地面沉降的影响必须严格控制在相应的允许范围之内。因此浅埋暗挖工法引起地层变形的规律以及沉降的预测与控制等相关问题，一直是地铁隧道工程关注的热点。
　　本文以广州地铁十一号线云大区间隧道工程为背景，从支护管棚的力学特性出发，研究了浅埋暗挖施工对地面沉降的影响规律。研究内容主要包括：
　　总结了浅埋暗挖法引起地层变形的主要影响因素：施工开挖方法、围岩的工程性质、地下水的影响、地层的应力释放、覆跨比的影响。结合peck经验公式，探讨了隧道开挖引起地层变形的相关规律，并求得了该区段隧道施工引起地面沉降的大小。
　　通过对比目前常用的几种隧道超前预支护技术的优缺点，确定该区段施工采用管棚超前支护的方法。从管棚施工工艺出发，分析了管棚预加固的作用机理，提出了管棚等效加固区的概念，在基于相关条件的假设下，推导出了等效加固区的弹性常数的计算公式，并通过有限元法进行论证。分析了影响管棚等效加固区的相关因素：注浆材料、钢管的尺寸、布孔的间距等。
　　利用Midas GTS软件，结合工程概况以及初步设计方案，建立相应的数值模型进行隧道施工模拟计算，根据模拟结果研究了隧道开挖引起地层沉降的相关规律，并与理论公式法对比得出了广州地区地层为黏性土，砂土，风化岩时，沉降槽尺度参数的计算系数K可选取0.76，针对双联拱隧道结构断面，采用管棚超前支护，中导洞台阶法开挖以及左右洞室CD法开挖时，地层损失率可取0.135％来计算。同时模拟隧道在不同工况下的开挖过程，对比在不同工况下地面沉降的区别。

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第1章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2地铁隧道施工的主要方法

1.3隧道施工引起地面沉降的相关研究现状

1.4本论文研究的主要内容

第2章广州地铁十一号线云大区间施工地面沉降分析

2.1广州地铁十一号线云大区间隧道工程

2.2浅埋暗挖法简介

2.3浅埋暗挖法引起地层沉降的主要影响因素

2.4浅埋暗挖法引起地层位移的经验公式

2.5本章小结

第3章 管棚等效加固区的细观力学分析

3.1隧道超前支护技术

3.2管棚施工概述

3.3管棚的作用机理

3.4管棚等效加固区的弹性常数的计算

3.5管棚等效加固区有限元法的比较

3.6管棚等效加固区的主要影响因素

3.7本章小结

第4章广州地铁十一号线云大区间隧道施工沉降有限元分析

4.1有限元计算

4.2计算结果分析

4.3不同工法的施工沉降影响

4.4本章小结

第5章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢