南宁砂土隧道盾构施工开挖面稳定性及地表沉降规律研究

摘要

开展南宁地区砂土地层盾构隧道施工开挖面稳定性和地表沉降规律研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文依托南宁地铁2号线某区间隧道工程，采用理论分析、数值计算和现场监测相结合的方法进行研究。主要工作与结论有：
　　(1)根据渗透系数和颗粒级配曲线选择了泥水平衡盾构机作为该区间施工的盾构机型：基于开挖面稳定性分析和提高掘进效率的目的，泥水盾构机的刀盘结构形式确定为为面板式刀盘；考虑切削土体的效果和刀具使用寿命等因素，刀盘上的刀具确定为齿刀和先行刀。
　　(2)分析了砂土地层开挖而失稳机理及其主要影响因素，得到了考虑渗流力的三维太沙基松动土压力计算公式，给出了基于主应力轴旋转理论的侧压力系数计算方法，基于棱柱体—梯形楔形体模型推导了开挖面支护力计算公式，采用数值模拟的方法验证了该式的合理性，给出了区间隧道开挖面稳定所需的最小支护力。
　　(3)制定了砂土地层区间隧道地表沉降监测方案并完成了现场监测工作。基于Peck理论，得出了沉降槽宽度系数足的取值为0.22～0.31、地层损失率η的取值为4.07~4.87%。基于Logistic曲线研究得到了地表纵向沉降规律分为缓慢增长阶段、急剧增长阶段和稳定阶段，急剧增长阶段在开挖面前后15m范围内。采用三段法、差分法和线性回归法对比分析了砂土地层地表纵向沉降预测方法的适应性，结果表明，三段法是预测砂土地层盾构隧道地表纵向沉降的有效方法。
　　(4)提出了砂土地层盾构隧道地表沉降控制措施。采取控制措施后的地层沉降规律FLAC模拟结果表明：砂性土地层沉降最大值比粘性土地层大，纵向沉降急剧变化阶段范围比粘性土地层小；砂性土地层沉降槽曲线呈“深而窄”的形式，粘性土层沉降槽曲线呈“浅而宽”的形式。实测与FLAC预测的地表沉降趋势相同，提出的工程控制措施合理有效。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及技术路线

2砂土地层盾构机选型及盾构隧道开挖面稳定性分析

2.1 工程概况

2.2 盾构机选型及设备参数的选取

2.3砂土地层开挖面稳定性影响因素及失稳机理分析

2.4 开挖面失稳模式与判据

2.5上覆土压力计算方法

2.6支护力计算

2.7开挖面稳定性FLAC3D模拟

2.8本章小结

3 砂土地层盾构隧道施工地表沉降预测

3.1砂土地层地表沉降主要影响因素与沉降机理

3.2 地表变形现场监测方案设计

3.3 修正Peck公式对横断面地表沉降预测

3.4 Logistic曲线预测地表纵断面沉降

3.5本章小结

4砂土地层盾构隧道施工地表沉降控制措施及FLAC模拟

4.1 砂土地层地表沉降诱发的建（构）筑物破坏特性

4.2 砂土地层盾构隧道地表沉降控制措施与标准

4.3 盾构施工过程的FLAC模拟方法

4.4 计算工况的确定及模型建立

4.5采取控制措施后地层沉降规律

4.6施工参数对地层沉降影响规律分析

4.7本章小结

5结语

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附 录1 攻读硕士期间参加的科研项目与获奖

附 录2 主要符号的含义