盾构隧道开挖对地表及临近桩基的影响研究

摘要

近年来合肥经济发展迅速，为了解决城市化带来的交通问题，合肥市正在建设首条地铁项目。城市地铁隧道开挖不可避免地会对周围土体造成扰动，进而对邻近的建筑物或构造物的基础产生影响。为了防止出现过大的地表沉降影响地面及周围建筑物基础的安全，研究城市隧道开挖引起的地表移动与变形及对邻近建筑物桩基的影响，并制定切实可行的防控措施，有重大实践意义，对于指导合肥市轨道交通二号线等后续工程和国内相关地区的盾构法隧道施工显得尤为重要。
　　本文以合肥地铁1号线太湖路站-南一环站区间隧道盾构工程为背景，采用现场监测和数值模拟相结合的手段对盾构开挖引起的地表沉降与对临近桩基的影响进行了研究。
　　本文主要从以下几个方面进行研究:
　　(1)阐述了隧道开挖问题的有限元基本理论及地表沉降机理;
　　(2)利用有限元软件ABAQUS建立隧道开挖的平面模型，以合肥地区特有土质为例，分别考虑隧道埋深、隧道开挖外径、衬砌厚度、衬砌弹性模量及双线施工等因素的不同对地面沉降的影响;
　　(3)利用大型通用有限元软件ABAQUS建立二维弹塑性有限元模型，综合考虑土体分层、材料的非线性、衬砌-围岩的接触、桩-土之间的接触作用，采用生死单元法对盾构隧道开挖进行了模拟。探讨了盾构隧道开挖过程中邻近桩基工作性能的变化规律;
　　(4)在上一步模型的基础上，通过改变桩基的桩长、桩距、桩径、桩顶荷载，采用双桩基础，双线隧道开挖影响等，探究桩基参数改变对其工作性能的影响规律;
　　(5)将现场监测数据与数值模拟结果对比，验证数值模拟预测地表沉降的可行性;结合实际施工参数，提出控制盾构隧道施工地表沉降及桩基变形的有效措施，得到了有益的结论。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 盾构隧道开挖对地表沉降的研究现状

1．2．2 隧道开挖对临近桩基的影响研究现状

1．3 本文主要的研究内容

1．4 本章小结

第二章 盾构隧道施工原理及有限元分析理论

2．1 盾构法施工的基本原理

2．2 有限元法的基本原理

2．3 ABAQUS有限元软件数值模拟方法原理

2．4 本章小结

第三章 盾构隧道施工对地表影响的数值模拟

3．1 工程概况

3．1．1 工程地质条件

3．1．2 气象水文条件

3．1．3 不良地质作用与特殊岩土

3．1．4 岩土工程评价

3．2 隧道施工地面沉降的影响因素

3．3 隧道施工有限元模拟

3．3．1 计算的假定

3．3．2 模型的计算参数

3．3．3 模型的边界范围

3．3．4 模型的建立

3．3．5 模型计算结果分析

3．4 不同埋深条件下地表沉降的对比

3．5 不同外径条件下地表沉降的对比

3．6 不同衬砌弹性模量条件下地表沉降的对比

3．7 不同衬砌管片厚度条件下地表沉降的对比

3．8 双线隧道不同开挖次序条件下地表沉降的对比

3．9 双线隧道不同间距条件下地表沉降的对比

3．10 本章小结

第四章 隧道施工对临近桩基影响的数值模拟

4．1 工程概况

4．2 有限元模型的建立

4．3 数值模拟结果分析

4．4 不同桩径时隧道开挖对桩基沉降的影响

4．5 桩基与隧道不同净距时隧道开挖对桩基沉降的影响

4．6 不同桩基长度时隧道开挖对桩基沉降的影响

4．7 不同桩顶荷载时隧道开挖对桩基沉降的影响

4．8 隧道开挖对有承台的双桩基础变形沉降的影响

4．9 双线隧道开挖对临近桩基变形沉降的影响

4．9．1 桩基在双线隧道中间

4．9．2 桩基在双线隧道一侧

4．10 本章小结

第五章 盾构施工监测对比分析及沉降控制措施

5．1 现场监测数据与数值模拟结果的对比分析

5．1．1 监测的目的及意义

5．1．2 主要监测方法

5．1．3 监测数据与数值模拟结果的对比分析

5．2 地表沉降控制措施的数值模拟对比分析

5．3 邻近桩基沉降控制措施的数值模拟对比分析

5．3．1 对桩基施做钢套筒

5．3．2 对桩基周围地层注浆加固

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望与不足

参考文献