地铁隧道盾构法下穿施工对地表既有铁路的变形影响研究

摘要

石家庄地铁一号线一期即将进入大规模兴建时期,隧道工程在施工过程中必然受到规划线路上各种复杂周边环境的制约,穿越各种高架桥、既有建筑物、构造物、管线等,在保证工程正常施工情况下,还要确保施工扰动对地表产生的各种影响在可控范围之内。本文以石家庄地铁1号线石家庄东站-东杜庄站盾构区间隧道下穿地表石德铁路为背景,对地铁盾构隧道施工对既有运营铁路的影响进行评估分析与研究。
　　本文的主要研究内容包括:(1)分析介绍了盾构法隧道施工对地层的扰动机理以及地层沉降的主要特征,以石家庄地铁1号线实际地质条件为背景,利用有限元软件ANSYS14.0建立三维有限元模型,分析预测盾构法施工对地表既有线路造成的沉降变形及水平变形影响;(2)根据施工条件,利用Ansys14.0有限元软件对双隧道施工工序进行优化,对比当两隧道的开挖面前后有间距时铁路的沉降差异,得到:当两隧道开挖前后间距大于24m时,铁路沉降与两隧道先后单独开挖时结果接近,地表铁路不再因隧道开挖顺序不同而产生附加的变形影响,为以后类似工程施工与设计提供参考。(3)建立弹性本构模型、弹塑性本构模型、以及弹性-弹塑性混合模型进行对比,分析了弹塑性模型与弹性模型在沉降计算中的差异性,并根据土体发生塑性变形的局域性建立弹性-弹塑性混合模型,对结构计算进行合理优化。(4)根据有限元子结构法原理,利用Ansys中超单元对弹塑性模型进行简化计算,在保证得到精确解的条件下,节省数值模拟计算所消耗的计算机时,为大规模工程模拟的合理简化提供参考。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2研究现状

1.3本文的研究内容

1.4本文的研究方法

第二章 盾构开挖原理及地层沉降特征

2.1盾构施工基本原理

2.2盾构开挖对地层扰动机理

2.3地层沉降特征

2.4既有隧道受损形式

2.5本章小结

第三章 隧道盾构法下穿施工数值模拟

3.1数值分析方法概述及软件介绍

3.2工程概况

3.3有限元模型的建立

3.4计算假设及材料模拟

3.5工况一实际工况计算结果分析

3.6开挖工序对既有线路变形影响分析

3.7本章小结

第四章 弹塑性模型对比分析

4.1塑性本构模型

4.2 q三种数值模型的建立

4.3 D-P模型盾构开挖模拟结果与对比分析

4.4本章小结

第五章 子结构法在盾构分析中的应用

5.1子结构法原理及实现

5.2子结构模型的建立

5.3子结构模型结果对比分析

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢