盾构隧道不同渗漏条件对地层及隧道的影响研究

摘要

由于盾构隧道的构造特点，在工后长期运营期容易出现渗漏病害，可能引起地层及隧道的过量沉降而形成灾害。本文以南宁市轨道交通一号线为工程背景，采用流固耦合的数值模拟方法，在不同地层条件、不同局部渗漏条件和不同地下水位条件下，对盾构隧道渗漏引起的渗流场、地层及隧道的响应展开研究。研究成果对类似工程中隧道渗漏致灾的预测以及灾害的防治有一定的参考意义。本文主要研究内容和研究成果如下:
　　(1)基于土体流固耦合理论，建立了一种针对工后隧道渗漏分析的有限元模型。将多种模拟结果与相关的解析解、数值解和工程实测结果对比，证明了本文模拟方法在理论上的正确性和在工程中的可靠性。
　　(2)研究隧道在不同地层中和不同渗漏程度下渗漏的影响。不同地层中的沉降差异较大，土的弹塑性指标和渗透系数分别决定了最终沉降量和沉降达到稳定的时间。衬砌与土渗透系数满足kl/ks≤10-4时能有效控制地表沉降，规范渗流量限值不能有效控制渗透系数较小地层中的地表沉降。
　　(3)研究盾构隧道不同位置局部渗漏的影响。管片环缝渗漏的影响远大于纵缝，采用三维模型分析局部渗漏尤为必要。沿纵向两环衬砌间隔时渗漏的影响明显大于两环衬砌相邻时。沿环向的局部渗漏会同时造成隧道的沉降和侧移。均布渗漏时，最大地表沉降与隧道内渗流量成正比，局部渗漏时，这种正比关系不再成立。
　　(4)研究不同地下水位条件下双隧道渗漏的特点。双隧道渗漏对地表沉降的影响在地下水位恒定时大于单隧道，在地下水无补给时接近单隧道。地下水无补给时，隧道渗漏引起的沉降时间和沉降量都明显大于地下水位恒定时。在初始地下水位越高时隧道渗漏形成的致灾风险越大。

目录

声明

摘要

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 理论解析法

1.2.2 数值模拟法

1.2.3 其他方法

1.3 本文研究内容及技术路线

1.3.1 本文研究内容

1.3.2 本文技术路线

2.1 前言

2.2 有限元模型的建立

2.2.1 隧道渗流场的模拟

2.2.2 土体的模拟

2.2.3 隧道的模拟

2.2.4 模型的建立

2.2.5 模拟过程

2.3 有限元模型的验证

2.3.1 渗流量验证

2.3.2 孔隙水压力验证

2.3.3 地表沉降验证

2.3.4 隧道沉降验证

2.4 本章小结

第三章 均布渗漏条件下不同土层及渗漏程度影响研究

3.1 前言

3.2 工程背景

3.3 研究方案

3.3.1 土层选定方案

3.3.2 隧道渗漏程度设定方案

3.4 不同土层中隧道渗漏影响研究

3.4.1 渗流场响应

3.4.2 地层响应

3.4.3 隧道响应

3.5 不同隧道渗漏程度影响研究

3.5.1 渗流场响应

3.5.2 地层响应

3.5.3 隧道响应

3.6 本章小结

4.1 前言

4.2 工程背景

4.3 研究方案

4.3.1 管片接缝渗漏研究方案

4.3.2 纵向局部渗漏研究方案

4.3.3 环向局部渗漏研究方案

4.4 管片接缝渗漏的影响研究

4.4.1 渗流场响应

4.4.2 地层响应

4.4.3 隧道响应

4.5 隧道纵向局部渗漏的影响研究

4.5.1 渗流场响应

4.5.2 地层响应

4.5.3 隧道响应

4.6 隧道环向局部渗漏的影响研究

4.6.1 渗流场响应

4.6.2 地层响应

4.6.3 隧道响应

4.7 本章小结

第五章 不同地下水位条件下双隧道渗漏的影响研究

5.1 前言

5.2 工程背景

5.3 研究方案

5.3.1 双隧道渗漏研究方案

5.3.2 不同地下水位研究方案

5.4 双隧道渗漏的影响研究

5.4.1 渗流场响应

5.4.2 地层响应

5.4.3 隧道响应

5.5 不同地下水位的影响研究

5.5.1 渗流场响应

5.5.2 地层响应

5.5.3 隧道响应

5.6 本章小结

6.1 主要结论

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参与科研项目及发表论文情况