大直径土压平衡盾构穿越湘江的扰动效应及施工控制技术研究

摘要

随着城市轨道交通的大力发展，水下盾构隧道扰动效应问题越来越多，由于对水下盾构隧道扰动效应研究的匮乏和施工控制技术的不成熟，造成了很多重大损失。本文结合铁道部课题“铁路水下隧道盾构施工关键技术研究”（2011G013-C），通过理论经验公式计算和流固耦合数值模拟分析两种方法研究大直径土压平衡盾构穿越湘江堤坝产生的扰动效应，再根据数值分析的结果研究盾构隧道超压和欠压时开挖面的稳定性，结合理论计算、数值模拟及现场数据研究施工控制技术。主要内容如下:
　　(1)基于流固耦合分析模型，对大直径土压平衡盾构从湘江底向东大堤方向双洞先后掘进的过程进行了数值模拟，盾构隧道施工各阶段模拟结果对比分析了双洞先后开挖产生的扰动影响;
　　(2)基于统计监测数据，在PECK公式的基础上加入历时曲线推导了考虑隧道开挖时序性的单、双洞地表沉降预测公式，并利用灰关联分析法得出了7个影响因素对地表沉降最终值的影响大小顺序;
　　(3)对比分析盾构在超压、平衡及欠压状态下一次穿越和二次穿越产生的应力和位移，获得了盾构两次穿越产生的扰动叠加效应;采用MATLAB处理监测数据，实现了地表沉降的三维显示;
　　(4)结合城际铁路湘江隧道工程，就工程地质勘探、开挖面压力控制、同步注浆及二次注浆三个方面提出了施工控制技术。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道流固耦合问题研宄

1．2．2 盾构隧道开挖扰动效应研究

1．2．3 土压平衡盾构施工控制技术研究

1．3 大直径盾构穿越湘江的工程概况及难点分析

1．3．1 工程概况

1．3．2 工程地质

1．3．3 施工难点

1．4 研究内容和研究路线

2 考虑流固耦合的盾构穿越湘江大堤数值模拟

2．1 工程背景

2．2 计算模型及参数

2．3 边界及初始条件

2．4 模拟计算步骤

2．5 计算结果分析

2．5．1 孔隙水压力场分析

2．5．2 应力场分析

2．5．3 位移场分析

2．5．4 地表沉降分析

2．6 本章小结

3 盾构多次穿越引起地表沉降的预测机理及方法

3．1 富水复合地层沉降机理分析

3．1．1 地应力释放

3．1．2 土体固结沉降

3．2 盾构一次穿越引起地表沉降的预测

3．2．1 单洞隧道地表沉降预测的Peck公式

3．2．2 单洞隧道地表沉降的历时曲线

3．3 盾构二次穿越引起地表沉降的预测

3．3．1 平行双洞隧道地表沉降预测公式

3．3．2 先后开挖双洞隧道地表沉降预测公式

3．4 地表沉降影响因素的灰关联分析

3．4．1 灰关联分析概述

3．4．2 灰关联分析模型

3．4．3 地表沉降因素关联度分析

3．5 本章小结

4 土压平衡盾构土仓压力变化对周围土体扰动的影响

4．1 土仓压力变化对周围土体的扰动

4．1．1 土仓压力的重要性

4．1．2 土仓压力的计算方法

4．1．3 盾构穿越湘江东大堤土仓压力取值

4．2 一次穿越扰动分析

4．2．1 一次穿越应力场对比分析

4．2．2 一次穿越位移场对比分析

4．2．3 一次穿越地层扰动对比分析

4．3 二次穿越扰动分析

4．3．1 二次穿越应力场对比分析

4．3．2 二次穿越位移场对比分析

4．3．3 二次穿越地层扰动对比分析

4．4 本章小结

5 大直径土压平衡盾构穿越湘江安全施工控制技术

5．1 工程地质勘探的准确性

5．1．1 调查与测绘

5．1．2 钻孔布置

5．1．3 钻孔深度

5．2 土仓压力控制

5．2．1 土仓压力压力控制原理

5．2．2 土仓压力影响因素

5．3 同步注浆、二次注浆的控制

5．3．1 注浆目的

5．3．2 同步注浆

5．3．3 二次补强注浆

5．3．4 注浆效果检查

5．3．5 质量保证措施

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢