双圆盾构隧道施工扰动及对周边构筑物影响研究

摘要

随着城市建设的发展，土地资源日益减少，交通不断拥堵等问题日益突出。盾构隧道施工在城市地下空间开发中发挥着重要的作用。盾构施工扰动引起的环境效应是城市环境土工学的一个重要课题。盾构隧道在施工过程中不可避免地对周围土体产生扰动，进而危及周围邻近建（构）筑物及其基础和地下管线等的安全和正常使用。目前对于双圆盾构工法引起的注浆效应，土体位移、附加应力等尚缺乏足够的认识，探索双圆盾构工法的引起的土体扰动及其对周边构筑物的影响规律研究既是生产实践需求，也具有一定的理论研究价值。本文围绕双圆盾构其独特的施工工艺，从工厂需求出发，进行了多方面的研究。主要工作和研究成果如下:
　　(1)基于广义达西定理和两类流体方程，对双圆盾构隧道管片同步注浆扩散机理进行分析，分别推导了牛顿流体、非牛顿宾汉姆流体的管片注浆的浆液扩散半径公式，可计算管片同步注浆工艺参数及不同注浆时间盾尾空隙中浆液扩散半径的大小与及管片环向压力分布。
　　(2)基于随机介质理论推导了双圆盾构由于土体损失引起的三维土体变形计算公式、同时运用Mindlin解建立考虑刀盘正面、侧面与土体摩擦所引起的三维土体变形计算公式，结合双圆盾构掘进正面附加推力、侧摩阻力引起的土体变形，盾尾注浆力引起的土体变形叠加得到双圆盾构施工引起的三维土体变形计算公式。
　　(3)应用Sagaseta“源汇法”理论，推导了土体损失产生的三维附加应力计算公式。结合弹性力学的Mindlin解推导了双圆盾构掘进正面附加推力、侧摩阻力引起的土体附加应力，盾尾注浆力引起的土体变形叠加得到双圆盾构施工引起的三维土体附加应力计算公式。
　　(4)在考虑正面附加推力、侧摩阻力引起的土体变形，盾尾注浆力三个因素作用下，分别分析了双圆盾构施工对临近地下管线、建筑物桩基、平行既有隧道的影响。
　　(5)采用三维MIDAS/GTS软件，考虑建筑物-土体-隧道共同作用，模拟了双圆盾构隧道垂直穿越十字交叉梁基础框架结构建筑物的工况，并分析该施工对建筑物的影响。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 双圆盾构工法的特点及技术难点

1．3 国内外研究现状

1．3．1 对管片同步注浆机理的研究现状

1．3．2 对土体扰动的研究现状

1．3．3 对邻近建(构)筑物影响的研究现状

1．4 存在的不足之处

1．5 本文的研究内容

第2章 双圆盾构隧道管片同步注浆作用机理研究

2．1 引言

2．2 管片同步注浆工艺概述

2．2．1 注浆材料

2．2．2 注浆方式分类

2．3 牛顿流体注浆扩散模型理论在双圆盾构隧道施工中的应用

2．3．1 双圆盾构隧道牛顿流体注浆扩散模型的建立

2．3．2 算例分析

2．4 非牛顿流体注浆扩散模型理论在双圆盾构隧道施工中的研究

2．4．1 双圆盾构隧道非牛顿流体注浆扩散模型的建立

2．4．2 算例分析

2．5 本章小结

第3章 双圆盾构施工扰动引起的土体三维变形研究

3．1 引言

3．2 土体扰动变形影响因素分析

3．3 不同扰动因素引起的土体变形计算

3．3．1 正面附加推力作用

3．3．2 侧摩阻力作用

3．3．3 盾尾注浆作用

3．3．4 刀盘与土体之间摩擦作用

3．3．5 土体损失作用

3．4 双圆盾构施工扰动引起的土体变形计算

3．4．1 土体变形计算公式

3．4．2 算例分析

3．5 本章小结

第4章 双圆盾构施工扰动引起的土体附加应力研究

4．1 引言

4．2 土体扰动附加应力影响因素分析

4．3 不同扰动因素引起的土体附加应力计算

4．3．1 正面附加推力作用

4．3．2 侧摩阻力作用

4．3．3 盾尾注浆作用

4．3．4 土体损失作用

4．4 双圆盾构施工扰动引起土体的附加应力计算

4．5 本章小结

第5章 双圆盾构施工扰动对地下构筑物的影响分析

5．1 引言

5．2 双圆盾构施工扰动对邻近地下管线的附加应力分析

5．2．1 力学模型及假定

5．2．2 算例分析

5．3 双圆盾构施工扰动对邻近桩基的附加应力分析

5．3．1 力学模型及假定

5．3．2 算例分析

5．4 双圆盾构施工扰动对邻近既有隧道的附加应力分析

5．4．1 力学模型及假定

5．4．2 算例分析

5．5 本章小结

第6章 双圆盾构施工扰动对邻近地面建筑物的影响

6．1 引言

6．2 MIDAS程序介绍

6．2．1 MIDAS／GTS程序简介

6．2．2 MIDAS／GTS操作流程

6．2．3 MIDAS／GTS主要分析功能

6．2．4 MIDAS／GTS荷载条件

6．3 双圆盾构对邻近十字交叉梁基础框架结构建筑物的数值模拟

6．3．1 模型建立及参数取值

6．3．2 双圆盾构法隧道施工过程实现

6．3．3 标准工况分析(L=0m)

6．3．4 水平位置改变影响因素分析

6．3．5 建筑物安全性判断

6．4 本章小结

第7章 结论及展望

7．1 结论

7．2 进一步工作的展望

参考文献

作者简介

发表论文和参加科研情况说明

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