浅埋暗挖大跨度地铁隧道地表沉降分析

摘要

城市暗挖法地铁隧道施工引起的地表沉降问题是地铁隧道建设中人们尤为关注的问题，同时也是最难控制且亟待解决的关键性问题之一。地表沉降被普遍认为是由于地层损失引起的，暗挖法地铁隧道施工是在岩土体内部进行的，隧道施工将不可避免地扰动地下岩土体，破坏原有的平衡状态，引起地层变形。变形达到一定程度时，将会对地面建筑物和生态环境造成破坏，甚至会危及人民财产及生命安全。因此，对隧道施工过程中的地表沉降进行深入研究，探求不同区域、不同地层中地表沉降变化的基本特性和规律，论证地层变形的机理，进而提出合理可靠的预测方法和控制措施，对地铁隧道的设计、施工和安全运营有十分重要的意义。本文主要围绕广州地铁二号线公园前站至纪念堂站区间软弱围岩浅±甲暗挖大跨度地铁隧道工程中的地表沉降变化规律进行分析和数值模拟研究。 首先，针对地层松软的埋深浅大跨度地铁隧道，提出了合理的施工顺序和步骤，并应用于工程实践，取得了较好的成果，而且，对类似工程有较好的指导意义。 其次，分析了隧道开挖过程的有限元基本理论以及岩土体动态施工力学理论。并对提出的合理隧道施工顺序和步骤进行平面有限元数值模拟，论证了本文施工顺序和方法在本工程实践中的有效性和适用性。 最后，将数值模拟结果与现场监控量测得到的数据进行对比分析，有力地验证了本文提出的施工顺序的合理性，以及数值模拟方法的正确性及适用性。并且论证了采用合理的施工方法可以减小地表沉降。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究问题的提出

1.2国内外研究现状及成果

1.2.1已有工程实例

1.2.2相关研究成果

1.3本论文研究的主要内容

第2章工程概况及施工技术研究

2.1工程概况

2.2结构设计参数

2.3开挖设计及计算

2.4施工方法

2.4.1管棚施工

2.4.2正洞施工

2.5现场地面监测

2.6小结

第3章隧道施工有限元模拟方法及ANSYS实现

3.1地下工程有限元法简介

3.1.2计算结果的可信度及判别围岩稳定性的方法

3.2弹塑性有限元基本理论

3.2.1弹塑性增量的本构关系

3.2.2弹塑性问题的增量有限元理论

3.2.3弹塑性问题的求解方法

3.3隧道开挖和支护过程的有限元模拟方法

3.3.1释放荷载的计算

3.3.2地应力逐步释放模拟

3.3.3隧道开挖及施工模拟

3.3.4支护过程模拟

3.4 ANSYS模拟隧道施工的实现方法

3.4.1初始地应力模拟

3.4.2锚喷支护的等效模拟

3.4.3开挖与支护过程的模拟

3.4.4连续施工的模拟

3.4.5地应力逐步释放的实现

3.5小结

第4章ANSYS数值模拟施工及应用

4.1计算模型

4.2模拟开挖顺序的简化

4.3计算结果及分析

4.4地表沉降曲线分析

4.5小结

第5章结论

5.1研究成果

5.2研究存在的问题及建议

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文

附表