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兰州地铁砂卵石地层盾构施工组段划分与控制参数研究

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 城市轨道交通的快速发展

1.1.2 盾构工法的广泛使用

1.1.3 盾构区间组段划分与控制参数设定的目的和意义

1.2 工程概况

1.3 盾构工法的介绍

1.4 盾构机概述

1.5 国内外研究现状

1.5.1 盾构施工控制参数方面

1.5.2 数值模拟方面

1.6 主要研究内容、技术路线

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

2 盾构掘进难易性组段划分方法

2.1 土压盾构掘进难易性的组段划分

2.1.1 地层特性分段

2.1.2 隧道覆土厚度划分

2.1.3 地下水位与隧道纵断面的相互关系划分

2.1.4 隧道周边环境状态分级

2.1.5 盾构掘进难易性组段划分

2.2 泥水平衡盾构掘进难易性的组段划分

2.2.1 地层特性分段

2.2.2 隧道覆土厚度划分

2.2.3 隧道周边环境状态分级

2.2.4 盾构掘进难易性组段划分

2.3 土压盾构施工组段划分实例分析

2.3.1 工程概况

2.3.2 工程地质条件

2.3.3 水文地质特征

2.3.4 场地及周边环境

2.3.5 岩土工程分级

2.3.6 隧道围岩分级

2.3.7 区间工程地质评价及工程措施建议

2.3.8 环境工程地质问题

2.3.9 七里河~小西湖区间组段划分表

2.4 泥水平衡盾构施工组段划分实例分析

2.4.1 工程概况

2.4.2 工程地质条件

2.4.3 水文地质特征

2.4.4 场地及周边环境

2.4.5 岩土工程分级

2.4.6 隧道围岩分级

2.4.7 区间工程地质评价与工程措施建议

2.4.8 环境工程地质问题

2.4.9 奥体中心~中心风井区间组段划分表

3 基于组段划分的盾构施工控制参数设定

3.1 盾构施工主要控制参数计算方法

3.1.1 盾构保压掘进的土仓(泥水)压力计算

3.1.2 盾构推力计算模型

3.1.3 刀盘扭矩计算模型

3.1.4 掘进速度管理

3.1.5 背后注浆

3.1.6 出土量的控制范围

3.2 土压盾构施工控制参数计算实例分析

3.2.1 土仓压力计算

3.2.2 盾构推力计算

3.2.3 刀盘扭矩的计算

3.2.4 控制参数范围表

3.3 泥水平衡盾构施工控制参数计算实例分析

3.3.1 泥水压力计算

3.3.2 盾构推力计算

3.3.3 刀盘扭矩的计算

3.3.4 控制参数范围表

4 基于工程试验和三维数值模拟的盾构施工参数优化

4.1 试验段工程概况

4.1.1 工程位置及周边环境概况

4.1.2 工程地质及水文地质条件

4.1.3 结构形式及施工方法

4.2 数值模拟软件介绍

4.3 三维数值模型

4.4 数值模拟应力场选定

4.5 数值模拟参数的选定

4.5.1 破坏准则

4.5.2 土体物理力学参数

4.5.3 支护参数设定

4.5.4 盾构土仓压力设定

4.6 伪压掘进模拟结果与分析

4.6.1 位移分析

4.6.2 塑性区分析

4.7 欠压掘进模拟结果与分析

4.7.1 严重欠压掘进(土仓上土压为0.2bar,下土压为0.4bar)

4.7.2 一般欠压掘进(土仓上土压为0.3bar,下土压为0.7bar)

4.8 保压掘进模拟结果与分析

4.8.1 位移分析

4.8.2 塑性区分析

4.9 解析解预测及其与数值模拟结果的比较

4.9.1 解析计算方法简介

4.9.2 解析解预测结果及其与数值模拟结果的对比

4.10 盾构掘进过程的土仓压力实际控制结果

4.11 工程试验段遇到的问题以及解决对策

5 结论

5.1 土压盾构

5.2 泥水盾构

参考文献

附录

作者简历

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摘要

为了解决日趋恶化的城市道路交通问题,世界各国普遍开始使用立体化快速轨道交通的方式来代替传统的平面交通方式。目前,许多大城市逐渐形成了以地下铁路交通为主,多种轨道交通并存的城市轨道交通体系。其中,占据主体地位的地下铁路交通具有噪音小、速度快、运输量大、污染轻、能耗低等优点。盾构工法在地铁隧道建设中得到了越来越广泛的应用。但是盾构施工过程中存在着大量的风险因素需要控制,例如盾构施工控制参数设置不当引起的地表塌陷,盾构操作不当引起盾构刀具剧烈磨损、崩齿等。这些由于盾构施工过程中施工控制参数设置不当、操作失误或者判断错误所导致的风险随时都有可能发生,必须对盾构施工过程进行有效的安全风险控制、管理,才能有效规避盾构施工过程中的风险,保证盾构施工安全。因此,寻求一种既能够考虑盾构隧道围岩特性,又能考虑到环境风险条件的盾构隧道安全风险组段划分方法,对盾构施工过程的安全风险控制有重要的意义。可以说组段划分是盾构施工过程风险控制的基础,只有确定合理的组段划分理论和方法,才能确定盾构主要施工参数的控制范围,从而有效地规避盾构施工过程中的风险。
  本文在参考大量文献的基础上,以兰州地铁1号线1期工程盾构区间为工程背景,对砂卵石地层盾构施工掘进参数进行了分析研究。主要工作如下:
  首先对地勘资料进行整理,通过对地勘报告、工程平面图、地层纵面图等资料的整理、分析,基于盾构隧道穿越的地层特性、地下水位与隧道纵断面的相互关系、盾构隧道覆土厚度、盾构隧道周边环境及其状态等以上几点原则对盾构区间进行组段划分。
  其次,通过阅读大量文献,了解盾构施工控制参数的影响因素,对盾构施工主要控制参数(土仓压力、刀盘扭矩、推力等)进行理论计算。
  最后,以工程试验为背景,通过数值模拟以及理论计算对盾构施工控制参数进行优化。

著录项

  • 作者

    李健;

  • 作者单位

    北京交通大学;

  • 授予单位 北京交通大学;
  • 学科 建筑与土木工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 贺少辉;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U231.3;
  • 关键词

    地铁工程; 砂卵石地层; 盾构施工; 控制参数;

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