成都地铁区间隧道盾构施工引发地表沉降的数值模拟研究

摘要

盾构法隧道施工作为目前一种重要的隧道施工方法，施工过程不可避免的会对周围环境产生影响，其中地层沉降的影响尤为明显，因此研究施工造成的地表沉降十分必要。本文论述了盾构法隧道施工对地层的扰动的影响，介绍了目前学者关于盾构法施工造成地表沉降的研究现状，利用有限差分软件FLAC对隧道开挖进行了数值模拟，对引起地表沉降的各种因素进行了比较分析，得出了地层纵向沉降和横向沉降以及水平位移的规律，从而提出控制沉降的措施。 本文利用FLAC有限差分软件的零模型和不断改变单元材料属性的功能及应力释放的方式实现模拟盾构开挖、盾尾注浆、衬砌管片支护过程，从而模拟盾构法隧道的　工过程。直接模拟三维施工是非常困难的，特别是盾尾空隙、隧道壁面土体的扰动和注浆层的处理。因此介绍了另外一种模拟盾构施工的方法，将一些与施工密切相关但又不易量化的变量如盾尾空隙的大小、注浆充填程度、隧道壁面土体受扰动的程度和范围等概括为均质、等厚的等代层。既能较客观地反映这些不易量化因素对地表位移的综合影响，又能避免研究过程中的顾此失彼，达到既能反映工程的实际情况，又能简化计算模型的目的。 本文详细的分析了隧道埋深、盾尾注浆、掘进压力以及双线隧道不同盾构开挖方案对地层纵向、横向和水平向沉降的影响，得到了沉降随着这些因素的变化规律，并初步提出了一些控制沉降的措施，以期对工程起到指导作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究问题的提出

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1经验公式及解析法与随机介质理论方面

1.2.2人工神经网络及智能专家系统方面

1.2.3模型试验法预测

1.2.4地表沉降的数值模拟预测方法

1.3本文的主要研究内容

第二章盾构施工引起的地表沉降理论研究

2.1地层移动的时空和空间效应理论

2.1.1地层移动的时空效应理论

2.1.2地层移动的空间效应

2.1.3地层沉降特征

2.1.4土体的扰动机理与扰动土体分区

2.2地层沉降曲线形成机理研究

2.2.1地层纵向沉降

2.2.2纵向地层变形的机理分析

2.2.3土体的横向沉降

2.3地层沉降的原因

2.3.1地层损失

2.3.2受扰动土体的重新固结

2.4本章小结

第三章盾构施工数值模拟

3.1盾构法施工原理及技术环节

3.1.1盾构法的主要技术环节

3.1.2导致地层位移的主要因素

3.1.3数值模拟施工过程的实现

3.2盾构开挖三维数值模拟

3.2.1ANSYS软件概述

3.2.2 FLAC软件概述

3.2.3本构模型的选取

3.2.4结构单元的选取

3.2.5卸荷的模拟

3.2.6模型尺寸及约束条件

3.3本章小结

第四章数值模拟计算结果与分析

4.1工程概况

4.1.1工程地质概况

4.1.2工程水文地质概况

4.2建立模型

4.3计算结果及分析

4.3.1不同覆土条件下盾构开挖对地表沉降的影响

4.3.2盾尾注浆对地表沉降的影响

4.3.3不同掘进压力条件下盾构开挖对地表沉降的影响

4.3.4双线隧道不同开挖方式对地表沉降的影响

4.4本章小结

第五章地表沉降的控制研究

5.1合理设定舱内压力保持开挖面的稳定

5.2同步及二次注桨

5.3双线地铁区间隧道盾构施工开挖方案的选择

第六章结论与展望

6.1结论

6.2待研究的问题

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目