软土盾构隧道施工对地下管线的影响研究

摘要

在大规模的城市地铁建设中，盾构法已成为我国城市地铁施工的一种重要的施工方法。由盾构法施工引起的地面沉降及其对周围环境的影响是盾构隧道设计和施工中非常关心的问题。城市地下管线作为城市构筑物的重要组成部分，肩负着城市给水、排水、供气、供电、通讯等重要责任，而地铁施工对地层的扰动在很大程度影响着地下管线的安全。因此，研究盾构隧道施工对地下管线的影响，是具有实际意义的。 本文首先根据地下管线的特性和盾构施工的特点，从地下管线的受力机理出发，分析了盾构隧道施工引起周围土体和地下管线变形的机理。然后采用数值分析的方法，利用有限元软件ANSYS，利用单元生死技术，采用准静态的方法模拟盾构开挖过程，对盾构隧道施工对地下管线可能产生的影响进行了充分的模拟分析。在分析过程中，根据实际情况，分别考虑了地下管线的不同埋置方式、不同埋深、不同材质，盾构的不同正面推进力、不同盾尾注浆压力等工况条件，获得一些规律性的结论。最后结合上海轨道交通10号线华山路站工程，分析实际工况条件下盾构隧道开挖对地下管线的影响情况，判断地下管线是否破坏实效，并提出相应的管线保护措施。在此过程中得出一些结论，希望能在将来为类似工程提供一些理论依据。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2相关理论国内外的研究现状

1.2.1隧道施工引起的土层位移

1.2.2隧道施工对即有管线的影响

1.3本文研究的主要内容

第二章 盾构施工对地下管线影响的机理研究

2.1地下管线的分类和接口形式

2.1.1按地下管线的功能分类

2.1.2按地下管线的敷设方式分类

2.1.3按管道与土体的相对刚度分类

2.1.4地下管线的接口形式

2.2地下管线的分布和埋深

2.2.1地下管线的分布一般规律和埋深

2.2.2地下管线的非正常分布和埋深

2.3地下管线的受力机理

2.3.1径向应力分析

2.3.2纵向应力分析

2.3.3环向应力分析

2.4地下管线的破坏形式

2.4.1管壁破坏

2.4.2管壁压屈

2.4.3超挠曲

2.4.4纵向应力屈服

2.4.5构造破坏

2.5盾构施工扰动下地下管线的主要失效形式

2.6地下管线的安全判别标准

2.6.1管线沉降的控制标准

2.6.2管线受弯应力控制标准

2.6.3管线接缝张开值控制标准

2.7盾构施工引起土体变形的机理

2.7.1盾构施工对土体的扰动

2.7.2地层损失

2.7.3地层移动的影响因素

第三章 盾构施工对地下管线影响的数值分析

3.1 ANSYS软件简介

3.2弹塑性理论和本构模型

3.2.1弹性变形

3.2.2屈服准则

3.2.3流动法则

3.3 ANSYS模拟分析要点

3.3.1模型基本假设

3.3.2材料模型

3.3.3单元选取

3.3.4计算范围及边界条件

3.3.5网格划分

3.3.6单元生死技术原理

3.3.7盾构掘进过程模拟

3.3.8计算求解

3.4不同工况条件下盾构施工对管线影响的比较

3.4.1工况介绍

3.4.2创建模型

3.4.3开挖过程模拟计算

3.4.4横向管线模型的计算结果分析

3.4.5纵向管线模型的计算结果分析

第四章 工程实例分析及地下管线保护措施

4.1华山路地铁车站工程概况

4.2创建模型

4.3开挖模拟

4.4结果分析

4.4.1计算结果

4.4.2管线的变形检算

4.4.3管线的应力检算

4.4.4相应的管线保护措施

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果