黄土地层地铁盾构施工诱发地表沉降预测研究

摘要

地铁盾构施工引起的地层位移和地面沉陷及建筑物开裂、损坏等问题已经成为隧道建设者、设计者和施工者最为关心的环境问题与工程问题。近些年来，国内外学者针对盾构施工诱发的地表沉降问题也做了大量的研究，并取得了一定的成果。但是在分析目前已有理论对地表沉降的预测结果时发现，在预测过程中并没有同时考虑开挖隧道周围土体弹塑性变形和土体移动模式对盾尾环形收敛空间形态和大小的影响，导致预测结果与实测结果相比都偏大。文中在随机介质理论预测模型的基础上，利用弹塑性理论的相关知识和对土体移动模式的分析，对盾尾环形收敛空间和地层主要影响角进行了分析计算。取得了如下成果：
　　（1）从理论上解释了盾构推进时的地层变形机理，归纳总结了引起地层损失的主要因素。在此基础上，利用弹塑性理论的相关知识对单孔圆形隧道盾构开挖后的应力-应变状态进行弹塑性理论分析，得到了随机介质理论中考虑了盾尾弹塑性变形的盾尾环形收敛空间计算式。
　　（2）分析了随机介质理论中地层主要影响角对预测结果的影响，并通过分析盾构过后隧道上覆土体移动模式对地表沉降的影响，结合土体移动焦点理论，得到了盾构施工引起地表沉降预测时主要影响角的确定方法。
　　（3）使用Matlab计算软件，并编写了随机介质地表沉降预测公式相应的Matlab计算程序，实现了地铁盾构施工诱发的地表沉降的预测。并分析了在盾构施工诱发的地表沉降中，隧道的埋深、隧道半径、断面收敛量、地层主要影响角、盾尾弹塑性变形量、偏心超挖量以及开挖面处的附加压力对地表沉降的影响。
　　（4）根据文中对盾构过后断面收敛量和地层主要影响角的计算，并结合已有的隧道周围土体的不均匀收敛计算模型，将随机介质预测模型分为两个部分，得到了既可以考虑弹塑性变形的影响，又可以考虑土体移动模式影响的不均匀收敛计算模型。
　　（5）利用本文所述的方法分别对西安地铁一号线、二号线和三号线某区间段盾构施工段诱发的地表沉降进行了预测，并与实测结果进行了比较。分析可知，理论预测结果与实测结果较符合，故可供工程实际参考。

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1绪论

1.1 选题的背景及研究的意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3 论文的主要研究内容、方法及拟采用的技术路线

2 地铁施工诱发地表沉降的因素及随机介质预测方法

2.1 地铁盾构施工诱发地表沉降的因素分析

2.2地层损失影响因素

2.3盾构施工诱发地表沉降的随机介质预测理论

2.4随机介质计算参数对圆形断面隧道盾构施工地表沉降规律研究

2.5本章小结

3 随机介质理论预测时断面收敛量计算

3.1目前所使用的断面收敛量?R的确定方法

3.2盾构过后盾尾断面收敛量?R的计算

3.3盾尾收敛变形各组成部分对地表沉降量的影响分析

3.4小结

4地层主要影响角和随机介质预测模型的确定

4.1经典的地层主要影响角计算方法

4.2地层主要影响角?的确定

4.3随机介质理论计算模型

4.4小结

5西安地铁区间隧道盾构施工诱发的地表沉降预测

5.1盾构地铁隧道施工引起地表沉降及变形预测实例

5.2 小结

6 结论

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录