浅埋暗挖隧道大管棚施工引起地表沉降研究

摘要

管棚施工引起的地表沉降，国内外还没有研究过。事实上，管棚施工就如众多微型隧道的施工，也是由于开挖引起应力释放，从而引起周围土体的扰动，导致地表沉降。基于此，本文拟借鉴当前隧道工程的一些研究经验和方法，以便对管棚施工引起的地表沉降作一探讨研究。 本文旨在研究浅埋暗挖隧道由管棚施工引起的地表沉降，主要在分析管棚施工中引起地表沉降的因素的基础上，对目前城市地铁浅埋暗挖隧道中应用较多的φ108 和 φ159 两种管棚施工引起的地表沉降进行土工离心试验和有限元分析。通过土工离心试验分析了浅埋暗挖圆形隧道由管棚施工引起的地表沉降量、地表沉降的发展趋势、最终的沉降曲线形式以及地表沉降范围。然后运用 ANSYS 有限元程序，将沉降视为力学过程，采用弹塑性有限元模型研究管棚施工引起的地表沉降，并与土工离心模型试验进行对比分析。最后通过南京地铁管棚施工引起地表沉降实例对前面的试验分析和有限元分析进行了验证，并对管棚施工引起地表沉降进行了一般性总结，以便对类似管棚施工所引起的沉降有所警示和预测。 关键词浅埋暗挖隧道 管棚 沉降 土工离心试验 有限元

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第1章 绪论

1管棚超前支护在隧道中的应用

2管棚施工的分类

3管棚施工引起地表沉降—问题的提出

4管棚施工引起地表沉降的研究方法

5本文的研究思路及主要工作

6参考文献

第2章 管棚施工产生沉降的影响因素分析

1在地层应力作用下孔壁的破坏

1.1孔径缩小

1.2孔壁扩大

1.3张力破坏

2冲洗液作用下孔壁的破坏

3地下水流失

4地质因素的影响

4.1力学不稳定岩层

4.2遇水不稳定岩层

5钻进工艺因素的影响

6本章小结

7参考文献

第3章 管棚施工引起地表沉降的离心模型试验研究

1离心模型试验原理

1.1相似原理基本概念

1.2相似系数和相似不变量

1.3相似第一定理

1.4相似第二定理及其证明

1.5相似第三定理

1.6离心模型试验的相似性

1.7离心模拟技术

2离心模型试验

2.1试验设计

2.2试验过程及结果处理

3本章小结

4参考文献

第4章 管棚施工引起地表沉降的有限元计算及分析

1土体材料的力学模型

1.1弹性非线性模型

1.2土体的弹塑性应力—应变模型

2管棚施工引起地表沉降的有限元计算模拟

2.1弹塑性有限元基本理论

2.2建立计算模型

2.3计算过程及结果分析

3本章小结

4参考文献

第5章 南京地铁管棚施工引起地表沉降的量测结果及预测分析

1 工程概况及测点布置

2沉降量测结果及预测分析

2.1沉降量测结果

2.2预测分析

3本章小结

4参考文献

第6章 结论

致谢