交叠隧道盾构施工引起的地表沉降及地层加固分析与模拟研究

发布时间：2020-11-04 22:16

　　 随着地下轨道交通的发展,地下空间的开发利用规模在不断的增大,为合理利用地下空间,交叠隧道的设计形式在隧道设计中被逐步采用。在交叠隧道的施工过程中,由于交叠段的土体受扰动的次数多,应力、应变、位移反复变化,容易引起地面沉降甚至是大范围的坍塌,进而对路面、地下埋设的各类管道以及地面的各类建筑物造成损坏。为控制交叠区的地表沉降,目前普遍采用对交叠区地层进行注浆加固的控制措施,而针对不同的地质状况,势必需要采取不同的加固方案。因此,在交叠段开始掘进前,有必要对交叠段掘进可能导致的地表沉降进行预测,从而针对预测的沉降结果及时对地层采取相应的加固方案;通过拟定多个加固方案并根据各加固方案对交叠处盾构掘进进行施工模拟,预测在各个加固方案下掘进施工产生的地表沉降量,从而确定在经济和技术层面都最佳的加固方案。为研究佛山地区地铁隧道区间交叠段掘进对地表的影响,本文以佛山地铁2号线绿岛湖-莲塘区间左右线交叠段为主要研究对象,以交叠段相邻的区间为试验段,通过实地进行现场监测,搜集并整理现场监测数据,总结得出试验段地表沉降规律;同时利用有限元软件模拟试验段施工过程,得出试验段的数值模拟计算结果并与区间地表沉降监测点所测得的实际值作对比,根据对比结果确定数值分析计算结果的可靠性;最后利用该数值计算模型分别模拟交叠段在未采取地层加固措施以及采取加固措施两种工况下掘进施工引起的地表沉降量,通过对比各个加固方案的加固效果及效益,从而确定更经济合理的加固方案。研究结果得出:(1)在交叠隧道上下线施工过程中,后施工的上行隧道通过已建下行隧道后将会引起大幅度的沉降,上行隧道的施工是影响地表沉降的主要因素;隧道相距越近,盾构施工引起的地层变形重叠区域越大,后施工隧道掘进引起的地表沉降值亦随之增大。(2)交叠隧道上下线先后施工时,产生的地表沉降变现为四个阶段,即初次沉降-初次平稳-二次沉降-二次平稳四个阶段,这主要与上下线先后施工的时间间距长短有关。(3)通过有限元数值分析,合理选择本构模型,确定合理的边界条件及材料参数,同时结合现场实测数据,可以有效的预测由盾构施工导致的地表沉降量。(4)在交叠隧道施工前,对地层采取合理、有效的注浆加固方案,可以提高土体的黏聚力和抗剪切能力,从而将地表的最终沉降值控制在允许的范围内;在一定加固范围内,地层注浆加固效果随加固范围的增大而显著提升,超过一定加固范围后,地层加固对控制地表沉降的作用逐渐变弱。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U455.43;U231.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 地表沉降预测方法研究现状
        1.2.2 交叠隧道研究现状
    1.3 本文的研究内容和方法
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
    1.4 创新点
    1.5 技术路线
第2章 交叠隧道盾构施工引起地表沉降的理论分析
    2.1 交叠隧道盾构施工引起地表沉降的原因
    2.2 交叠隧道盾构施工引起地表沉降的影响因素
        2.2.1 主观因素
        2.2.2 客观因素
        2.2.3 其他因素
    2.3 交叠隧道盾构施工引起的地表沉降过程分析
        2.3.1 交叠隧道单线施工引起的地表沉降过程
        2.3.2 交叠隧道左右线先后施工引起的地表沉降过程
    2.4 本章小结
第3章 地表沉降监测方案及试验段监测结果分析
    3.1 工程概况
        3.1.1 工程地质情况
        3.1.2 工程水文条件
        3.1.3 地下管线埋设情况
        3.1.4 工程地质条件评价
    3.2 地表沉降监测方案
        3.2.1 现场监测的重要性及目的
        3.2.2 监测方案的制定原则
        3.2.3 监测精度与频率
        3.2.4 沉降值计算
        3.2.5 测点布设
    3.3 试验段地表沉降监测结果分析
        3.3.1 试验段地表横向沉降历程
        3.3.2 试验段地表纵向沉降历程
    3.4 本章小结
第4章 试验段盾构施工引起的地表沉降数值模拟分析
    4.1 Midas/GTS有限元分析软件
    4.2 有限元模型的建立
        4.2.1 本构模型选择
        4.2.2 有限元模型计算的基本假定
        4.2.3 模型参数的选取
        4.2.4 模型建立与边界问题
    4.3 盾构施工过程模拟
    4.4 试验段的数值模拟计算结果分析
    4.5 试验段计算值与实测值的对比
    4.6 本章小结
第5章 隧道交叠处的地表沉降加固方案研究
    5.1 未加固方案下的交叠处地表沉降
    5.2 加固方案下的交叠处地表沉降
        5.2.1 施工工艺介绍
        5.2.2 加固范围比选
    5.3 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

【参考文献】

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本文编号：2870685