开挖过程中小间距叠交隧道的力学行为研究

摘要

随着城市地铁工程的大规模建设，地下轨道交通网日益密集以及交叉换乘问题带来的隧道相互穿越施工日益增多。单孔及水平平行隧道的施工技术已逐渐趋于成熟，但对于“小间距叠交”问题，由于隧道间相互影响较为复杂，且地质条件特殊，对施工技术提出了更高的要求，因此对开挖过程中小间距叠交隧道的力学行为进行研究很有必要。 目前对小间距叠交隧道施工主要有三类研究方法：经验与理论相结合的分析方法；数值模拟分析方法；室内模型实验。本文以武汉市轨道交通某线A站-B站区间的主线隧道与B站出入段线隧道相叠交的工程实例为背景，利用FLAC3D软件建立了三维有限差分模型，模拟了“先下后上”的施工过程。 针对小间距叠交段隧道穿越淤泥质黏土层的特殊地质条件，在叠交区域对淤泥质土层进行了加固。着重研究了有无加固条件下，主线隧道与出入线隧道先后掘进过程中，隧道区域变形、拱顶变形、塑性区分布及管片受力的变化规律，通过对比分析说明了淤泥质土层加固的必要与有效性。将数值模拟所得拱顶变形数据与相应的实际监测数据进行对比，验证了有限差分模型的有效性与可行性。针对小间距叠交段淤泥土层的加固参数设计了七组对照方案，得出了最优的土体强度参数的加固范围，这一成果对类似工程的加固方案设计具有很好的借鉴意义。同时，为控制掘进过程中上覆土体的变形，在最小净距断面处，利用ABAQUS软件对注浆压力这一关键因素进行研究，研究结果表明，随着注浆压力的不断增大，地表的最大隆起位移呈增大趋势，注浆压力偏大时，地表隆起可能会超出限制，在隧道叠交区域的最小间距附近，应严格控制注浆压力。这一结果对类似工程的施工具有参考价值。

目录

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 数值分析方法简介

2.1 岩体工程开挖问题的提法与表述

2.2 开挖模拟

2.3 岩土类工程介质的弹塑性本构关系

2.4 岩土类工程介质的弹塑性屈服准则

2.5 FLAC3D与三维显式有限差分法

第三章 叠交隧道施工过程数值模拟

3.1 工程背景

3.2 叠交段隧道有限差分模型

3.3 盾构隧道施工过程的模拟

3.4 本章小结

第四章 叠交段土体加固对隧道开挖的影响研究

4.1 引言

4.2 实际加固措施下隧道开挖的力学行为研究

4.3 土层加固方案优化研究

4.4 本章小结

第五章 注浆压力对地表隆起量的影响分析

5.1 引言

5.2 分析建模和计算方案

5.3 计算分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与研究的课题