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太原地铁隧道下穿迎泽湖盾构扰动与稳定性研究

发布时间:2020-04-27 20:39
【摘要】:水下盾构隧道相较于陆地隧道具有复杂的工程地质、水文地质条件以及极高的施工变形控制标准,导致其施工难度大大增加,同时对隧道的稳定性控制和预测极其困难。太原地区首次进行水下盾构隧道的修建,缺乏相关的施工经验,加之下穿迎泽湖盾构隧道主要穿越粘质粉土层,局部为渗透性强、自稳性差的粉细砂层,地下水弱化了地层强度,容易发生开挖面失稳塌陷甚至湖水贯通地层淹没隧道的严重事故。因此,有必要深入地研究分析下穿迎泽湖水下盾构隧道的稳定性,并对其进行精确的预测。本文以太原地铁二号线盾构隧道下穿迎泽湖工程为背景,采用数值模拟软件建立水下盾构隧道的有限元模型,探讨确定合适的水下双线平行隧道纵向掘进安全距离,为减小水下盾构隧道双线开挖扰动的叠加影响,确保盾构隧道的稳定性。通过对比分析,纵向掘进距离的增大,削弱了双线隧道开挖的扰动叠加程度,减小了地层和管片的受力变形。在管片变形、湖底变形及塑性区分析判别指标下,选定水下双线隧道纵向掘进间距临界值至少为30环管片,即36m相对较为安全。在安全的纵向掘进间距基础上,分别分析覆土厚度和湖水深度对水下隧道稳定性的影响规律,结果表明参数变化不影响管片变形、管片内力及湖底变形的趋势。覆土厚度的增大会加大管片的变形及内力,却会减小湖底沉降值;湖水深度的增大会同时加大管片的变形、内力及湖底沉降值。采用单因素分析法,分别研究掘进压力、注浆压力和注浆层厚度对水下隧道稳定性的影响规律,结果表明一定范围内,掘进压力和注浆压力的增大、注浆层厚度的减小可以有效减小管片的变形和湖底沉降,但掘进压力过大反而会加剧湖底沉降,且增幅也逐渐增大。最后基于正交设计方案,以覆土厚度、湖水深度及掘进压力、注浆压力、注浆层厚度为输入层,管片拱顶沉降、拱底隆起和水平收敛为输出层,编制可以精确预测水下盾构隧道管片变形的神经网络,用于工程的动态设计与施工,具有实际的工程意义。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:U231.3;U455.43

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