双孔平行地铁盾构隧道施工问题研究

摘要

随着我国城市基础设施建设的迅速发展，盾构施工法作为一种安全高效的隧道施工法在城市地下铁道、地下管线等隧道工程中得到了极为广泛的应用。同时，城市地下铁道往往不再以单孔隧道形式出现，而是大多数采用水平双孔平行隧道，从而给施工带来了一系列新的问题。因此，探明盾构动态施工过程中地层位移的变化规律以及新建隧道施工对已建平行隧道的影响具有十分重要学术价值和工程应用价值。 以成都地铁盾构区间隧道为具体研究对象，采用目前地下工程中广泛应用的模型试验和数值模拟手段，组织实施了能对土压平衡盾构动态施工过程进行全程模拟的试验，探讨在盾构推进过程中，地层位移的三维变化规律以及新建隧道施工对已建平行隧道的影响，旨在对双孔平行盾构隧道施工提出合理的建议和一定的指导。主要做了以下工作： 1、从盾构施工对地层的扰动本质即土体的扰动出发，对扰动机理进行了分析；再从施工扰动引起的地层的宏观位移这一结果出发，分析了施工力学效应、施工几何效应引起的地层位移的计算方法； 2、对反映盾构—地层系统特性的相关参量进行分析，合理地选择了对实验结果影响显著的参量。以相似理论为基础，从地层、盾构机、盾构—地层相互作用边界三个方面通过量纲分析的方法导出了系统的相似准则，在该准则的约束下设计实施了盾构掘进模型试验； 3、对模型试验的地层位移进行分析，得出了地层位移在盾构动态施工过程中的一般规律；利用三维数值模拟方法对盾构的动态施工过程进行了全程模拟，对盾构法施工过程中引起的地层位移和地面沉降规律以及对临近已建隧道的影响进行了全面研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1盾构隧道的发展

1.2问题的提出

1.3盾构掘进对地层影响的研究现状

1.3.1试验研究

1.3.2数值模拟研究

1.4盾构隧道近接施工的研究现状

1.4.1近接程度的判断

1.4.2近接隧道影响的预测方法

1.4.3国内外研究现状

1.5论文研究内容及方法

第2章 盾构施工对地层的扰动机理

2.1土体的施工扰动来源

2.1.1土体初始应力状态的改变

2.1.2地下水赋存状态的改变

2.2盾构施工扰动效应的时效性

2.2.1地层位移的发展过程

2.2.2地层位移的分布范围

2.3施工扰动引起的地层位移

2.3.1施工力学效应引起的地层位移

2.3.2施工几何效应引起的地层位移

2.3.3次固结效应引起的地层位移

2.4盾构施工对已建隧道的影响

2.5本章小结

第3章 盾构隧道掘进相似模型试验

3.1相似理论概述

3.1.1相似第一定理(相似正定理)

3.1.2相似第二定理(π定理)

3.1.3盾构-地层系统的相似准则

3.2盾构隧道掘进相似模型试验方案

3.2.1模型盾构机

3.2.2试验材料

3.2.3施工参数预设

3.2.4量测项目

3.3模型试验结果分析

3.3.1单洞掘通后地层位移分析

3.3.2双洞掘进地层位移分析

3.4本章小结

第4章 平行隧道施工过程数值模拟

4.1盾构隧道施工全过程及模拟

4.1.1隧道施工全过程

4.1.2施工过程模拟

4.1.3刚度折减模拟

4.1.4计算假定

4.2有限元模型

4.2.1模拟单元的选择

4.2.2模型边界情况

4.2.3模型材料参数

4.3计算结果与分析

4.3.1支护压力对地表变形的影响

4.3.2平行隧道施工引起的地表位移

4.3.3围岩应力场与位移场

4.3.4平行隧道施工对既有隧道的影响

4.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参加科研项目