小半径、大坡度盾构隧道施工力学特性研究

摘要

近年来，盾构法在城市地下软土隧道施工中得到大量的应用，同时一些新的问题也随之出现：比如在某些地段要求采用小半径、大坡度隧道。本文以广州地铁四号线某区段工程实例为依托，采用数值计算、理论分析方法并结合现场监测资料，重点对土压平衡盾构机在小半径、大坡度条件下施工时的力学特性进行了研究探讨。主要研究内容如下： 1．根据现场实测资料，总结了土压平衡盾构施工的一些主要特点及影响施工的参数，包括推进速度、推进扭矩、注浆压力等。 2．采用数值计算方法对盾构推进时影响地表沉降的参数：土仓压力、注浆压力等进行了灵敏度分析。模拟计算结果表明：土仓压力、注浆效率对地表沉降值存在较大影响。 3．通过数值模拟，比较了盾构在小半径曲线上的盾尾间隙与直线上的差异，并从地层位移、塑性区范围、管片内力三个方面详细分析了小半径盾构隧道受力特征。 4．以筒仓理论模型为基础，建立了大坡度时维持盾构隧道开挖面稳定所需支护力的表达式。通过具体的工程实例计算，比较了盾构隧道在平坡及坡度值较大情况下开挖面的支护力，并应用数值模拟方法分析了不同坡度下开挖面周围土体受力、位移的差别。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2国内外研究现状综述

1.2.1盾构掘进所导致的土体变形及及扰动研究

1.2.2对小半径曲线及大坡度隧道的研究

1.3本文研究的意义与目的

1.4本文研究的主要内容

第二章土压平衡盾构的应用与监测实例分析

2.1土压平衡式盾构简介

2.1.1土压平衡式盾构工作模式特点

2.1.2土体的扰动机理与特征

2.2土压平衡盾构法施工监测实例

2.2.1工程概况

2.2.2区间盾构隧道线路条件

2.2.3施工过程中典型断面监测情况

2.2.4监测结果及分析

2.3本章小结

第三章盾构隧道施工数值模拟

3.1有限差分法(FDM)及基础理论

3.1.1快速拉格朗日法的基本理论及FLAC基本理论

3.1.2有限差分方程的推导

3.1.3运动方程和位移计算

3.1.4应变、应力的求解

3.1.5 Drucker-Prager屈服准则

3.2盾构隧道施工数值模拟

3.2.1数值模拟过程

3.2.2盾构隧道施工参数分析

3.3本章小结

第四章小半径下盾构隧道受力分析

4.1盾构隧道在小半径段施工

4.1.1曲线段掘进受力分析

4.2不同曲线半径对地层位移的影响

4.2.1曲线段盾尾间隙的确定

4.2.2盾尾间隙对地层位移的敏感性分析

4.3小半径曲线段管片受力分析

4.3.1盾构管片参数

4.3.2隧道衬砌的计算模型

4.3.3管片计算模型建立

4.3.4管片内力计算结果及分析

4.4本章小结

第五章大坡度下盾构隧道受力分析

5.1大坡度条件下隧道开挖面的稳定性

5.1.1开挖面稳定机理

5.1.2开挖面稳定的分析方法

5.1.3坡度对开挖面支护力影响

5.2大坡度条件下盾构受力分析

5.2.1盾构机在推进过程中所受荷载

5.2.2坡度对设计推力的影响

5.2.3坡度对施工的其它影响

5.3大坡度条件下数值模拟计算

5.3.1计算模型

5.3.2横断面地层X向位移计算结果

5.3.3横断面地层Y向位移计算结果

5.3.4横断面地层Z向位移计算结果

5.3.5开挖面应力分析

5.4本章小结

第六章主要结论与建议

6.1主要结论

6.2存在的问题和有待进一步研究的建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文及科研情况