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盾构推进引起周围土体变形的预测和控制研究

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致谢

1绪 论

1.1研究课题的意义

1.2研究课题的国内外研究现状

1.2.1不考虑施工过程的方法

1.2.2部分考虑施工过程的数值模拟法

1.3研究内容与研究方法

1.3.1研究内容

1.3.2研究方法与技术路线

2地层变位理论

2.1地层变位的原因

2.2致使地层变位的因素

2.3地层变位的机理

2.4地层变位的特点

3盾构推进对地表沉降影响的实测分析——以南京地铁二号线盾构区间段为例

3.1工程概况

3.1.1工程地质及周边环境的概况

3.1.2盾构穿越土层内的工程地质概况

3.1.3盾构隧道施工监测方案

3.2本区间盾构法施工简述

3.2.1土压平衡盾构稳定掘削面的机理及种类

3.2.2盾构隧道施工的主要技术指标

3.3盾构推进地层变位的实测分析

3.3.1盾构施工引起地层变位的一般规律

3.3.2地表竖向位移与盾构推进参数的关系

3.3.3地表竖向位移与盾尾同步注浆参数的关系

3.3.4地层变位影响规律总结

4盾构隧道推进数值模拟分析

4.1 Plaxis 3D Tunnel软件简介

4.1.1输入前处理

4.1.2计算

4.1.3输出数据后处理

4.2材料单元及本构模型

4.2.1材料单元

4.2.2土体本构模型

4.3盾构隧道推进对周围土体变形影响模拟

4.4数值分析模型

4.4.1土体参数选取

4.4.2隧道参数选取

4.4.3隧道接触面参数选取

4.4.4盾构工作面平衡压力的选取

4.4.5计算荷载的选取

4.5数值分析模型的验证

4.5.1工程概况

4.5.2数值模型及模型参数

4.5.3结果分析

4.5.4结论

5盾构推进对周围土体变形的影响规律分析

5.1盾构推进对周围土体变形影响的数值模型与方案设计

5.1.1工作面平衡压力对周围土体变形影响的数值模型与方案设计

5.1.2同步注浆量对周围土体变形影响的数值模型与方案设计

5.1.3隧道埋深对土体变形影响的数值模型与方案设计

5.1.4土体的粘聚力对土体变形影响的数值模型与方案设计

5.1.5土体内摩擦角对土体变形影响的数值模型与方案设计

5.2工作面平衡压力对周围土体变形的影响分析

5.2.1工作面平衡压力对工作面上的土体变形的影响

5.2.2盾构工作面平衡压力对地表土体竖向位移的影响

5.3同步注浆量(土体损失)对周围土体变形的影响分析

5.3.1土体损失对地表纵向竖向位移的影响

5.3.2土体损失对沿隧道横断面上的地表竖向位移影响

5.4隧道埋深对土体变形的影响分析

5.4.1隧道埋深对工作面上土体变形以及工作面平衡压力的影响

5.4.2隧道埋深对工作面后方土体变形的影响

5.5土体粘聚力对土体变形的影响分析

5.5.1土体粘聚力对工作面上土体变形的影响

5.5.2土体粘聚力对工作面前方土体变形的影响

5.5.3土体粘聚力对工作面后方土体变形的影响

5.6土体的内摩擦角对土体变形的影响分析

5.6.1土体内摩擦角对工作面上土体变形的影响

5.6.2土体内摩擦角对工作面前方土体变形的影响

5.6.3土体内摩擦角对工作面后方土体变形的影响

5.7小结

6盾构推进引起周围土体变形的一般规律及对周围土体变形的控制

6.1盾构推进引起周围土体变形的一般规律

6.2土体变形的控制

6.2.1设定合理的工作面平衡压力

6.2.2设定合理的同步注浆参数

6.2.3二次补浆

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

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摘要

盾构法隧道在施工时,无论其埋深大小,均会对土体产生不同程度的扰动或破坏,造成地层移动与变形,甚至诱发地面沉陷、基坑垮塌、隧道涌水、周边建筑物与地下管线损坏等一系列地层环境损伤问题或灾害事故。随着盾构法隧道在城市地下铁道工程中的广泛应用,盾构隧道施工对周围环境的影响特别是地面隆沉问题受到越来越多的关注。因此尽可能准确地预测盾构推进过程中盾构施工参数对隧道周围土体的影响程度,以求在设计和施工中采取减少变形的措施,显得非常重要。
   通过分析盾构推进过程中的各项监测数据以及应用有限元软件Plaxis3D Tunnel模拟工作面平衡压力、同步注浆量、隧道埋深、土质情况对周围土体变形的影响,得到的主要研究成果如下:
   (1)对盾构隧道推进引起周围土体变形的原因、变形机理、变形特征以及影响土体变形的因素进行了理论分析;
   (2)通过对各项现场监测数据的分析和有限元软件的数值模拟实验,系统地研究了在盾构推进过程中各个施工参数的变化对周围土体变形的影响,得出在盾构推进过程中各个盾构施工参数的变化对周围土体变形的影响规律;
   (3)通过对不同施工条件下盾构施工参数的实测分析和数值模拟分析,得出盾构隧道推进过程中盾构施工参数的设定规律;
   (4)针对各施工参数对土体变形的影响特点,总结由施工参数变化引起的土体变形影响的一般规律;
   (5)针对各施工参数对土体变形的影响特点,提出了盾构推进过程中控制土体变形的具体措施。

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