广佛地铁盾构掘进施工对地层及桩基变形的影响研究

发布时间：2020-07-12 22:04

【摘要】：随着城市的快速发展,涌入城市的人群逐渐增加,造成城市人口倍增。虽然庞大的人群为城市经济建设做出了贡献,但同时也使城市变得十分拥堵,给人们出行带来了困难。为了应对这样的矛盾,修建地铁的高潮纷纷在全国各大城市上演。由于地铁的建设需要穿越城市中心区域,而城市施工环境也十分的复杂,地铁盾构施工常常会穿越桥梁桩基施工;因为盾构施工会对周围土体产生较大的扰动,土层的移动势必会影响附近的桩基,从而就会危及到桩基的稳定性。所以研究地铁盾构施工对地层以及邻近桩基的影响,具有重大现实意义。本文将以广佛环线广州南站至白云机场段隧道施工实例为研究背景。根据实际现场地质勘查资料,利用有限元软件ANSYS建立三维数值模型,研究了盾构施工对地层的变化影响;分析了施工因素的改变对地表的影响规律;研究了盾构施工对邻近既有单桩的影响以及下穿东新高速群桩的影响。主要工作及研究成果如下:(1)通过建立隧道与土体的三维模型,分析隧道掘进施工过程对地层和地表的变形影响;然后通过改变施工条件(开挖面尺寸、隧道埋深、掌子面推力以及注浆压力)研究盾构施工对土体的影响特征;结果表明开挖面尺寸越大,对土体扰动范围就越广,进而地表沉降槽的宽度就越大,地表沉降也将增大;隧道埋藏越深,对土体的扰动也就越广,同样沉降槽宽度也将增大,但地表的沉降值将减小;注浆压力的变化,对地表沉降影响较大,通过有效的控制注浆压力将会降低隧道开挖对地表的影响。(2)研究了盾构开挖对既有单桩的影响,分析了单桩在开挖过程中的变形特征。通过单因素控制法分析了注浆压力和掌子面推力对桩基的影响规律,结果表明掌子面推力的改变对桩体纵向变形影响较大,对横向变形不明显;注浆压力的改变对桩体横向变形较大,纵向影响较小。(3)依照上述研究方法。借助广佛环线工程实例,通过云图以及节点位移变化特征。分析了在群桩及承台的作用下地层的变形特征以及管片的应力和位移的变化值;并进一步讨论盾构施工对群桩的影响,分析在隧道开挖的过程中群桩位移的变化特征。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.43;U231;U443.15
【图文】：

（c）管片有限元模型 （d）注浆层有限元模型图 2.3 数值计算模型Fig 2.3 Numerical calculation model2.5 计算结果与分析在隧道施工的模拟过程中，怎样模拟初始地应力对成功模拟开挖起到至关重要的作用，在 ANSYS 中，有两种方法可以实现初始地应力的模拟。第一种方法是仅考虑岩体的自重应力，不考虑岩体的构造应力；第二种方法以读取始应力文件的方式进行。本文采用的是第一种方法，将岩体在自重作用下存的应力场视为初始地应力场，此方法虽简单方便，但是模拟计算出来的应力并不是真实情况下的土体初始应力场，与实际情况存在一定的偏差，同时，重力作用下，岩体会产生初始位移，在模拟隧道施工持续开挖的过程中，计结果显示的位移是叠加了由自重引起的初始位移，而实际上初始位移早已经束了，丝毫不影响隧道施工，因此在每个阶段由盾构开挖引起的位移变化必减去由自重条件下生成的初始位移场。经计算，模型在自重应力下Y 方向的

第1步开挖产生的地表沉降Fig2.4Groundsettlementcausedbyexcavationinstep1

合肥工业大学硕士学位论文图 2.4 第 1 步开挖产生的地表沉降Fig 2.4 Ground settlement caused by excavation in step 1

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本文编号：2752547