盾构近距离下穿已建地下框架结构的变形研究

摘要

在我国各大城市飞速发展的同时，路面交通拥堵情况变得日益严重，建造地下轨道交通成为今后解决城市道路交通问题的重要手段。但随着城市地下空间利用率的逐步升高，新建地铁线路近距离穿越既有结构或构筑物的情况变得不可避免，如何有效控制新建地铁隧道施工对周围环境，特别是对既有建筑物、既有管线的影响，从而保证周围环境、既有结构的安全，成为城市隧道工程施工控制的重点与难点。 本文以武汉地铁某号线内武昌工作井至徐家棚车站段为研究背景，运用ABAQUS软件对盾构近距离下穿既有地下高强钢筋高强混凝土框架结构问题进行三维数值仿真分析。考虑前期施工（深基坑开挖、地下框架结构建造）对土中应力分布的影响，本文将针对施工全过程进行有限元模拟计算；计算过程依次分为深基坑开挖、地下框架结构建造、盾构动态掘进三个阶段，并通过导入前一阶段结果文件进行地应力平衡的方式，实现各阶段间的应力传递和消除前期施工位移。本文主要研究内容及结论如下： （1）在土体未加固、土体旋喷加固两种情形下，分别对盾构近距离下穿地下框架底板问题进行数值模拟计算，着重研究了深基坑开挖途中挡土墙的侧向变形、基坑外地表沉降、盾构近距离下穿途中框架底板附加变形和衬砌变形等。有限元计算结果表明：土体未加固时，挡土墙最大侧移量、基坑外地表最大沉降量、地下框架底板最大附加沉降量过大，存在安全隐患；土体旋喷加固处理后，各构件变形值均得到有效控制，且能满足各类规范及工程技术指标要求。 （2）将土体未加固、土体旋喷加固两种情形下的各构件变形值对比分析后可得：土体旋喷加固处理后，盾构动态掘进阶段内各构件变形幅值降低的最为显著，而地下框架结构建造阶段内各构件变形值仅有轻微降低。 （3）将施工现场监测数据与土体旋喷加固后的有限元计算结果进行对比分析，结果表明：加固后的有限元计算结果与现场监测结果基本吻合，说明了计算结果的可靠性，同时也验证了本文分三阶段（深基坑开挖、地下框架结构建造、盾构动态掘进）进行有限元模拟的正确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 盾构施工地层变形规律研究

1.2.2盾构施工对地面建筑物的影响研究

1.2.3盾构施工对地下管线或地下建（构）筑物的影响研究

1.3 本文的主要研究内容和方法

第2章 土压盾构施工原理及施工过程控制

2.1 土压平衡盾构简介

2.1.1 土压平衡盾构施工原理

2.1.2 土压平衡盾构的特点和适用范围

2.2 土压平衡盾构施工过程控制

2.2.1 盾构施工流程

2.2.2 盾构施工过程控制

2.3 本章小结

第3章 盾构近距离下穿已建地下框架结构有限元模拟分析

3.1 工程概况

3.1.1 工程简介

3.1.2施工方案简介

3.1.3 工程地质条件

3.2 土体本构关系

3.2.1 土的基本特性

3.2.2 ABAQUS中土体本构模型

3.3 三维有限元模型的建立

3.3.1 有限元模型及计算参数选取

3.3.2 分析步骤

3.4 有限元模拟计算结果

3.4.1 深基坑开挖

3.4.2 地下框架结构建造

3.4.3 盾构动态掘进

3.5 本章小结

第4章 土体旋喷加固后有限元模拟分析

4.1 旋喷加固法简介

4.2 加固后有限元模拟计算结果

4.2.1 深基坑开挖

4.2.2 地下框架结构建造

4.2.3 盾构动态掘进

4.3 土体加固前后有限元计算结果对比分析

4.4 本章小结

第5章 武徐区间段施工途中变形监测分析

5.1 监测项目及测点布置

5.2 监测数据与有限元计算结果对比分析

5.2.1 监测数据整理

5.2.2 监测数据与有限元结果对比分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1研究结论

6.2 有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

作者在攻读硕士研究生期间发表的学术论文