大直径土压平衡盾构穿越深基坑稳定性分析

摘要

地铁在修建过程中不可避免的要穿越各城市的建筑密集区，车站附近往往分布着大量的住宅、办公建筑，隧道建设和基坑开挖对周边环境的影响被越来越多的被决策者及工程人员所重视。先站后隧法方案是目前已知最为节省成本、最安全可靠也是最常用的施工方法。我国将进一步加大各城市的地铁建设力度，因此盾构进站、出站的问题应得到足够的关注，这无论是在保证周边环境安全还是在节省建设成本方面都具有十分重要的意义。
　　在车站基坑开挖以及盾构进站过程中，基坑周边地层的应力会受到基坑支护结构变形、坑底卸荷回弹、盾构掘进压力等各种因素的影响。各种因素的影响机理及程度又不尽相同，因此很难对这一过程中各结构的稳定性进行直观评价。虽然目前关于盾构掘进期间的开挖面稳定性以及盾构对周边环境的影响方面的理论比较丰富，但关于盾构进站过程的研究依然比较缺乏。
　　本文借助长株潭城际铁路树木岭隧道工程实测数据，以正交实验设计方法结合神经网络对该区段地层参数进行反演，利用FLAC3D数值分析软件建立盾构进、出站工程模型，研究基坑开挖、隧道掘进以及盾构进、出站期间的地表隆沉变化及地应力演化规律，针对盾构进出站期间的周边土体的应力变化、位移变化以及基坑支护结构内力变化的规律及成因进行探索。为今后车站基坑支护结构的优化提供依据。本文主要结论如下:
　　1、在施工过程中地层损失率随着开挖天数的增加不断增大并逐渐趋于稳定，因此名义地层损失率与地层损失率相差不大，名义地层损失率测取周期短，因此更具有实用价值。
　　2、在基坑开挖过程中，坑底卸荷回弹是以地连墙+内支撑作为支护结构的基坑的周边地表变形的主要原因。随着坑内土体的挖除基坑底的卸荷回弹可以造成基坑围护结构的上升，从而带动基坑周边土体的上升。
　　3、当掘进面推进至距基坑边缘4m范围以内时，掘进面其前方靠近基坑部分地层会形成塌落拱，土层自然形成的塌落拱拱脚一端落在隧道支护结构上，另一端则落在基坑的围护结构上。由于土拱的存在，越靠近基坑边缘的地表土层受隧道开挖的影响越小。
　　4、盾构进站开挖会造成基坑附近土体向远离基坑方向移动。基坑内各支撑受盾构掘进压力的影响，由地连墙、基坑中上部的支撑形成一组杠杆体系，造成顶部的支撑压力减小而底部支撑的支护压力增大的现象。
　　5、在出站过程中，靠近基坑部分向远离基坑方向移动，而距离基坑较远的土体向靠近基坑方向移动。基坑上方支撑轴力增大，下方支撑轴力减小，中部位置的支撑轴力基本保持不变。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基坑回弹及对周边环境的影响

1．2．2 盾构掘进对地表的影响

1．2．3 盾构开挖面稳定性

1．2．4 神经网络反分析方法

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容及方法

1．3．2 技术路线

第2章 盾构穿越深基坑现场数据统计分析

2．1 工程概况

2．2 监测方案

2．3 盾构施工数据采集与处理

2．4 车站施工数据采集与处理

2．5 本章小结

第3章 岩土体参数反演的正交实验设计

3．1 实验设计

3．2 参数反演的数值模拟模型建立

3．3 数值模拟结果分析

3．4 各地层参数的敏感性分析

3．5 本章小结

第4章 神经网格反演地层参数及施工影响分析

4．1 BP神经网络的结构与模型

4．2 智能反分析系统构建

4．3 构建学习样本及测试样本

4．4 岩土体参数反演

4．5 本章小结

第5章 盾构进站过程稳定性分析

5．1 计算方案及模型

5．2 整体模型(基坑)开挖过程分析

5．3 盾构进站过程分析

5．4 本章小结

第6章 盾构出站过程稳定性分析

6．1 计算方案及模型

6．2 地表变形分析

6．3 深层地应力变化规律

6．4 支撑结构内力变化规律

6．5 本章小结

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表文章