盾构隧道开挖对邻近框架结构的变形影响及控制研究

发布时间：2020-10-27 23:57

　　 随着现代城市的快速发展,大型地下空间的开发利用已成为必然趋势。盾构法作为一种地下隧道开挖方法,已被许多国家采用。然而,盾构开挖过程不可避免地影响地层和建筑物,危及建筑物的结构安全,甚至影响其正常使用。因此研究盾构开挖对建筑物的变形影响是亟待解决的问题。本文以武汉长江隧道泥水平衡盾构段项目为工程背景,深入研究盾构开挖对框架结构的变形影响,并提出相应控制措施。本文研究工作:首先,使用有限元软件ABAQUS来模拟盾构隧道开挖过程,将获得的结果与监测值进行比较,以验证模型的合理性。在此基础上研究盾构隧道开挖对邻近框架结构的变形影响,分别对横向沉降、纵向沉降、框架结构基础变形和结构主应力进行重点分析。然后,分析了考虑结构刚度的情况下盾构开挖对框架结构的变形影响,运用刚度修正法对框架结构进行沉降曲线预测。最后,采用灰色关联法对地层和建筑物沉降进行施工因素敏感性分析,并提出建筑物变形控制措施。所得主要结论:(1)盾构开挖过程中,后方地表沉降量不断增加,但增加速率逐渐减小,横向沉降的宽度和深度逐渐增加,沉降趋于稳定后,沉降槽宽度K约为盾构直径的3~4倍。(2)隧道上部有建筑物时,附近地表沉降与建筑层高存在对应关系,距开挖起始面30m内沉降差异较大,之后沉降差异逐渐减小并趋于稳定,上部结构的刚度对基础位移有一定的约束;建筑物倾斜度的最大值出现在单线开挖的一定时期内,当左线开挖60m时,建筑物的倾斜率达到最大;基础的不均匀沉降可能导致建筑物在垂直面和水平面内产生扭转变形,并且结构构件的拉伸应力分布在结构的两侧,集中在各层梁柱结点处,且可能出现裂缝。(3)在建筑物挠曲变形中,得到的弯曲变形率在8%~22%之间,说明弯曲变形占比较小,以剪切变形为主;在考虑刚度对框架结构影响时,宜采用结构的剪切刚度。运用刚度修正法进行沉降曲线预测,与沉降实测数据对比发现,该方法考虑了复杂的结构刚度后更加接近实际情况。(4)影响建筑物沉降的施工因素敏感性利用灰色关联分析方法得出:注浆量掘进速度总推力气垫仓压力开挖仓压力刀盘扭矩,可知影响沉降的主要因素是注浆量和掘进速度,并提出了相应的建筑物变形控制措施。综合本文工作,所得结论为研究盾构隧道开挖对框架结构的变形影响提供参考和指导。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U455.43
【部分图文】：

面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置,在盾壳中段周圈顶,盾壳尾部是具有一定空间的壳体,在盾尾内可以拼装一。盾构每推进一环距离,就在盾尾支护下拼装一环衬砌,并及道与衬砌环外周之间的空隙,注压足够的浆体,以防止隧道程中不断从开挖面排出适量的土方。构机的工作机理，可对密闭式的盾构机分为泥水平衡盾构机泥水平衡盾构机是通过配制好的浆液，通过输浆管从外送一个不透水的泥膜，开挖面的土被刀具削切下来与泥浆混外，其中工作泥浆经处理后可重复利用。土压平衡的工作方进行泥土化，通过循环运送设备将削切下的土体运送到场靠千斤顶控制土仓内的压力，维持开挖面的平衡。的组成包括盾构开挖系统、刀盘驱动系统、排土及泥水环流量导向系统等。采用的土压平衡盾构机及泥水平衡盾构机

泥水平衡盾构机构成

图 2.3 盾构法施工流程构隧道开挖对地层变形的影响 盾构施工引起地层变形的机理盾构施工引起地表沉降，主要因为隧道在盾构施工下发生了地层运动及土基于过去国内外的研究成果，诱发地层运动及土体形变的因素主要包括盾构土体损失、土体应力的重分布、盾构机与土体间的相互作用。具体研究如（1）盾构过程中的土体损失隧道盾构施工可能会产生超挖或欠挖的情况发生，导致土体-注浆-隧道间三的体积与原地层土体体积不同，从而引发地表的沉降及隆起。盾构衬砌安装衬砌与土体间存在一定规模的空洞与间隙，在注浆过程中，浆液随间隙流动成浆液未完全充填盾尾间隙。在 Peck 公式中，地层损失率xV 是影响沉降S
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本文编号：2859263