薄层破碎硬质岩隧道（群）施工对上部关键结构的影响研究

摘要

本文主要研究内容依托于贵阳龙洞堡机场隧道项目，该隧道穿越薄层破碎硬质岩地层，围岩中发育有较多层理、节理等结构面，而围岩受扰动后很容易沿结构面发生位移或破坏。本文采用3DEC离散元法，主要研究了隧道开挖对地表沉降和上部建筑结构的影响。由本文研究内容，可以得出如下结论:
　　(1)在薄层破碎硬质岩体中，隧道施工引起的地表沉降的分布规律除受施工因素的影响外，同时还受岩块性质、结构面力学性质和分布形式等环境的影响，其中结构面的影响主要有:由于结构面强度和稳定性要比岩石低很多，隧道开挖后容易沿薄弱结构面发生变形或破坏;地层层理的倾角不同，则沉降槽中心相对于隧道中心的位置也不同;节理通缝分布时，地表沉降会在洞周附近节理面对应地表处产生很大的突变，而节理错缝分布时，地表沉降变化规律整体上与连续介质中很相似，地表沉降横向分布曲线大致可以用正态曲线描述，符合Peck公式，地表沉降沿纵向大致分为三个区——前期沉降区、快速沉降区以及沉降收敛区。
　　(2)隧道开挖引起的地表位移，如地表均匀沉降、地表倾斜、地表曲率和地表水平位移等，都会导致结构的变形和应力重分布，影响结构的稳定性，严重的导致结构开裂，甚至破坏。建筑结构的破坏模式与建筑的结构类型、处于沉降槽的位置等有关。为了保证建筑结构正常使用和防止结构破坏，一些建筑相关规范给出了建筑结构的变形和应力的控制标准，而我国城市地铁项目中通常30mm的地表沉降作为控制标准，但是此标准是根据工程经验得出的，并且有一定的适用范围，针对具体工程我们可以通过计算确定地表沉降控制标准。
　　(3)基于龙洞堡机场隧道项目，运用3DEC离散元软件研究了隧道开挖过程对高架桥和地下停车场的影响。一般来说，建筑基础距离沉降槽中心的位置越近受到的影响越大;相对CRD法，双侧壁导坑法对隧道上部结构影响更小;辅助工法能控制地层位移和减小对结构的影响。具体工程中一般应根据工程经验、数值模拟或模型实验等方法确定施工措施，并根据现场监测结果及时调整。
　　(4)基于龙洞堡机场隧道工程，经计算将隧道开挖下穿高架桥的过程中地表沉降的控制标准定为25mm。结合数值模拟结果和现场实测数据分析，经验算当采用设计要求进行隧道施工时，地表沉降、结构变形和应力均可满足控制标准。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 薄层破碎岩体分析方法的研究现状

1．2．1 连续介质力学方法

1．2．2 不连续介质力学方法

1．3 隧道施工引起地表沉降的研究现状

1．4 隧道施工对上部结构影响的研究现状

1．4．1 隧道施工对地下结构的影响

1．4．2 隧道施工对地上结构的影晌

1．5 本文主要研究内容

第2章 薄层破碎硬质岩的工程性质分析

2．1 概述

2．2 薄层破碎硬质岩的组成

2．3 薄层破碎硬质岩体的力学性质

2．4 本章小结

第3章 薄层破碎硬质岩中隧道施工引起的地表沉降分析

3．1 连续介质中隧道施工引起的地表沉降规律

3．2 贵阳龙洞堡机场隧道工程概况

3．3 离散元法介绍

3．3．1 离散元法的基本原理

3．3．2 3DEC计算软件介绍

3．3．3 离散单元法在地下工程中的应用

3．4 薄层破碎硬质岩中隧道施工引起的地表沉降分析

3．4．1 数值模型建立

3．4．2 开挖过程及结果分析

3．5 薄层破碎硬质岩中地表沉降的影响因素分析

3．5．1 结构面分布形式的影响

3．5．2 隧道尺寸的影晌

3．5．3 多条隧道的相互影响

3．6 本章小结

第4章 隧道施工引起的建筑结构的损坏形式及控制分析

4．1 建筑物的损坏形式

4．2 建筑物的破坏等级

4．3 建筑物的变形标准

4．4 建筑物的应力标准

4．5 隧道施工中地表沉降控制标准的确定方法

4．5．1 目前隧道施工常用的沉降控制标准

4．5．2 具体工程中地表沉降控制标准的计算方法

4．6 隧道施工对上部结构影响的控制措施

4．6．1 减少对地层扰动的措施

4．6．2 隧道施工中地层加固措施

4．6．3 建筑结构自身的加固措施

4．7 本章小结

第5章 龙洞堡机场隧道施工对上部关键结构的影响及控制分析

5．1 隧道施工对高架桥的影响及控制分析

5．1．1 施工过程中桩基受力和变形分析

5．1．2 不同施工工法对桩基的影响

5．1．3 辅助工法对桩基的影响

5．1．4 多条隧道不同开挖顺序对桩基的影响

5．1．5 桩与隧道相对位置的影响

5．1．6 隧道下穿高架桥时地表沉降控制标准的确定

5．1．7 结构安全评价

5．2 隧道施工对地下停车场的影响及控制分析

5．2．1 隧道施工过程对地下停车场的影响

5．2．2 辅助措施对停车场的影响

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文和参与项目