大直径泥水盾构掘进对土体的扰动研究

摘要

国内外近年来出现了很多大型的跨海越江隧道工程，盾构作为隧道施工的专用机械，以其施工速度快、对环境影响小等优点，在城市地下隧道建设中被广泛采用。为满足交通需求，越江跨海隧道一般断面较大，泥水平衡盾构工法以其施工质量好、效率高、技术先进、安全可靠等优点，近年来已经得到了广泛的使用。这些隧道的共同特点是直径大，覆土较浅。盾构在开挖隧道的过程中，难免会对地层产生一定扰动，破坏原有的平衡状态，盾构开挖对周围的地层和地表产生位移和变形。目前国内外已有不少这方面的研究，但专门针对泥水式盾构，特别是大直径的泥水式盾构的研究却相当有限。本文以南京长江泥水盾构隧道为工程背景，利用理论分析、现场试验等手段，研究大直径泥水盾构掘进对周围土体的扰动机理、扰动规律、影响范围以及影响程度，取得了如下成果： ⑴进行了地表沉降、土体水平位移、土压力以及孔隙水压力的量测；从上述不同角度分析了大直径泥水平衡盾构掘进各阶段对土体的扰动机理、扰动规律、影响范围以及影响程度。 ⑵根据土体应力状态变化情况，提出了应力扰动度与距离之间的相关数学关系，并借此计算出盾构推进对土体的应力扰动范围约为一倍洞径。 ⑶根据土压监测初始值反推地层侧向土压力，得出盾构始发段淤泥质粉质粘土的侧向土压力系数为0.46。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 引言

1.2 课题所依托的工程背景

1.2.1 南京长江隧道概况

1.2.2 南京长江隧道段地质及水文特点

1.3 国内外研究现状

1.3.1 经验法

1.3.2 解析法

1.3.3 试验法

1.3.4 数值模拟法

1.4 研究目的与研究内容

1.4.1 本文研究的内容

1.4.2 本文研究的目的

2 盾构施工对周围土体的扰动机理分析

2.1 泥水平衡盾构法开挖面稳定原理

2.2 扰动土体的分区和应力状态定性变化

2.3 盾构施工引起的地层变位

2.4 本章小结

3 大直径泥水盾构施工引起地表沉降和土体水平位移分析

3.1 大直径泥水盾构施工引起地表沉降分析

3.1.1 地表沉降机理

3.1.2 地表沉降监测点的布置

3.1.3 地表沉降理论计算

3.1.4 地表沉降发展过程分析

3.1.5 泥水盾构推进各阶段对地表沉降的影响

3.1.6 地表沉降与切口水压相关关系

3.1.7 地表沉降与同步注浆压力关系

3.2 大直径泥水盾构施工引起土体水平位移分析

3.3 本章小结

4 大直径泥水盾构施工引起土体应力的变化分析

4.1 监测断面布置说明

4.2 大直径泥水盾构施工对孔隙水压力的影响分析

4.2.1 大直径泥水盾构施工引起孔隙水压力变化的规律

4.2.2 大直径泥水盾构施工对土体孔隙水压力扰动定量研究

4.3 大直径泥水盾构隧道施工对侧向土压力的影响分析

4.3.1 利用原位土压力反推侧压力系数

4.3.2 大直径泥水盾构施工引起侧向土压变化的规律

4.3.3 大直径泥水盾构施工对土体侧向土压扰动定量研究

4.4 大直径泥水盾构施工对土体孔隙水压和土压扰动的比较

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简历