超大断面矩形顶管隧道施工引起的地表沉降规律研究

发布时间：2020-05-18 09:07

【摘要】：伴随着我国城镇化进程的加快,地下空间的开发和利用越来越受到建设者的青睐,作为非开挖施工技术的一种,顶管法在地下工程建设中得到了广泛应用。为了提高地下空间开发的利用率,隧道断面多设计成矩形。矩形顶管隧道施工不可避免的扰动周围地层,引起地表产生沉降或隆起,对于超大断面矩形顶管隧道的开挖,施工的扰动程度更大,周围建筑物的正常使用受到危害。因此,研究超大断面矩形顶管隧道施工引起的地表沉降问题具有非常重要的意义。本文依托郑州市沈庄北路-商鼎路下穿中州大道隧道工程。通过理论分析、实测数据整理归纳和三维有限元数值模拟方法对顶管施工引起的地表沉降问题进行了研究。在此研究的基础上提出有效的控制措施,为郑州地区相同或者类似工程的设计与施工提供借鉴。主要研究内容如下:(1)简要分析和探讨了矩形顶管施工工艺的原理和过程。着重分析了地表变形原因、地层变形特征规律、土体扰动机理以及地表沉降影响因素。(2)研究了顶管施工的监测方案,对实测数据做了深入的分析,归纳地表沉降的一般规律。(3)通过MIDAS-GTS NX有限元软件建立分析模型,研究分析土仓压力、弹性模量、内摩擦角、顶管埋深和注浆对地表沉降的影响。(4)探讨顶管施工引起地面变形的破坏形式;提出有效的施工措施将地表沉降控制在合理的范围内,保证顶管工程顺利、安全的推进。
【图文】：

示意图,土压平衡式,顶管,示意图

地表发生沉降。顶管顶进的施工过程对土层的扰动是及其复杂的力学行为作用，而且影响因素众多且相互之间的耦合关系复杂。现场实测数据和理论分析结果表明，顶管施工引起的土体位移对场地周边临近建构筑物有破坏作用，当位移量超过最大警戒值，将对周围环境产生危害。因此加强顶管法施工引起地层变形的理论研究具有十分重要的价值。2.1 顶管法施工技术2.1.1 顶管法施工基本原理顶管法施工是继盾构法施工之后发展起来的一种非开挖施工工艺。近年来，越来越多的顶管机在地下空间开发中被广泛运用，顶管机主要包括土压平衡式、泥水平衡式、气压平衡式顶管机，不同顶管机适合的地层不同，其在施工参数的控制精细度上也存在差异，应根据不同工程地质条件选择适合的顶管掘进机。土压平衡顶管掘进机施工先由始发井中的顶进设备推动工具管前进，利用刀盘切削掌子面的土体，切削后的松散土体落入土舱内，利用搅拌棒的转动将其搅拌成具有一定可流动性的半固体状态，形成一定的土压力；再通过螺旋运输机输出土体。

平面图,平面图,工程,段长度

3 矩形顶管工程现场监测与分析随着城市的迅猛发展，施工引起的地面变形成为设计和施工的重要问题之一[59]。本章依托郑州市沈庄北路-商鼎路下穿中州大道隧道工程，，制定了顶管法施工穿越城市主干道的实测方案，对矩形顶管施工引起的地表沉降进行实测研究，总结地表沉降规律，为郑州地区相关矩形顶管隧道工程的建设提供参考。3.1 工程概况郑州市下穿中州大道工程，工程起点为沈庄北路熊儿河桥东侧，沿沈庄北路向东至中州大道西侧，东南向下穿中州大道至商鼎路口，向东至商鼎路通泰路口，全长1043.86m。机动车道隧道全长 905m，其顶管段长度为 212m，暗埋段长度为 378m，敞口段长度为 315m。非机动车道隧道全长 955m，其顶管段长度为 212m，暗埋段长度为 388m，敞口段长度为 355m。见图 3-1 工程平面图。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U456.3;P642.26

【参考文献】