砂土中盾构穿越管线变形受力机制及风险控制研究
发布时间：2021-03-04 18:27
鉴于砂土地层具有较大的流动性和离散性,有必要针对砂土地层中盾构施工对管线变形受力的影响规律进行研究。通过理论计算、模型实验分析以及有限元模拟研究,获得盾构下穿过程周边土体的位移传递规律和管线受力、变形响应机理;研究不同管线加固措施等因素对管线结构变形的影响规律,总结新建地铁隧道施工诱发管线灾变防控技术。主要结论如下:（1）沉降时序性分析:开挖面距离管线约（2.5至1D）时,盾构扰动的影响非常小,距离开挖面约（1至-1D）时,开始进行明显下降,通过1D之后,地表沉降趋于稳定。（2）不同管隧间距:随着管隧间距增大,地表沉降值、管线最大沉降值和管线最大弯矩值减小,但沉降槽宽度系数则反而增加。不同土质:在粉质黏土中比在砂土中,地表沉降值和管线埋深处的土体竖向沉降值减小,施工扰动造成的影响范围不变。在粉质黏土中管线最大正弯矩相比在砂土中减小。管线刚度:小刚度管线受扰动产生变形会相对增大,沉降曲线相对陡峻,管线刚度大小对沉降槽系数即反弯点的位置影响不大。（3）盾构掘进状态:螺旋排土器转速越小,土仓压力越大,管线沉降变形越小,当土仓压力增大到平衡状态之后,管线出现隆起。螺旋排土器转速对管线竖向变形曲...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管线受力示意图
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文11下穿管线情况下，管线受到弯曲应力最大，故本文仅分析在垂直工况下管线变形受力规律。图2-2隧道开挖影响示意图文中对此受力模型进行如下假定：（1）地下管线以及周边土体是均匀连续弹性体，管线保持其截面不变，忽略管线本身初始应力。（2）隧道开挖导致的土体变形不受既有管线的影响。借助Loganathan公式计算任意一点土体位移大小，即：20222222222222269.0)(38.1exp)()(2)())(43()(hzRhxzhxzhxzzhxzhzhxzhRUz（2-1）222022)(38.1exp)gR4()1(RHxgxHHUz（2-2）式中zU—竖直位移；Z0U—地表位移；泊松比—；g—间隙参数；x—距隧道轴线水平距离；Z—距地面垂直距离；H—隧道轴线埋深；R—隧道外半径；
2管线变形受力理论计算120：土体损失率（不排水），表达式为：22220244)4/RggRRgRgRVloss（（2-3）式中g为间隙参数，通过预估g值，进而预估0。lossV隧道土体损失率（mm/3）。Lee等（1992）通过综合考虑隧道、管片、盾构三者导致地层损失[41]，提出间隙参数表达式：DpguG3ppGG（2-4）pG—物理间隙，拼装管片预留间隙。为注浆层折减系数，一般砂土取值0.3~0.15，黏土取值，0.4~0.2。3DU—盾构前土层弹塑性变形，ω—施工影响。地基反力作用在地下管线截面上的力是环向且呈辐射状的，计算管线整体受力变形情况，用等效集中应力代替环向辐射状反力，示意图如图所示：图2-3管线受地基反力等效示意图土体卸载引起管线周围土体产生沉降，其各点位移大小用xU)(z表示，则地下管线受力公式可以表示为：xkdUxP)(z（2-5）式中d：管线直径；k：地基反力系数（3/mkN），Terzaghi(1955)研究提出，埋深0Z处与地表处的地基反力系数k与0k的关系为:
【参考文献】：
期刊论文
[1]2002--2016年我国地铁施工安全事故规律性的统计分析[J]. 李皓燃,李启明,陆莹. 都市快轨交通. 2017(01)
[2]盾构隧道推进对邻近地下管线影响的物理模型试验研究[J]. 朱叶艇,张桓,张子新,黄昕,刘宽. 岩土力学. 2016(S2)
[3]盾构隧道开挖引起地层位移计算理论的对比与修正[J]. 张治国,杨轩,赵其华,白乔木. 岩土工程学报. 2016(S2)
[4]地裂缝活动对地下输水管道影响的足尺模型试验[J]. 黄强兵,梁奥,门玉明,刘洪佳,马玉杰. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[5]盾构隧道施工土体扰动范围研究[J]. 黎春林,缪林昌. 岩土力学. 2016(03)
[6]盾构隧道开挖及补偿注浆对地层扰动影响的室内试验及数值模拟研究[J]. 郑刚,张扶正,张天奇,查万理. 岩土工程学报. 2016(10)
[7]盾构隧道施工时地层沉降模型试验研究[J]. 臧宏阳,王非. 地下空间与工程学报. 2015(03)
[8]砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地表变形关系模型试验研究[J]. 金大龙,李兴高. 现代隧道技术. 2015(02)
[9]城市浅埋隧道穿越饱和砂土复合地层时适宜的施工工法[J]. 李铮,汪波,何川,王均勇,程天健. 中国铁道科学. 2015(01)
[10]盾构推进引起地表变形及深层土体水平位移分析[J]. 梁荣柱,夏唐代,林存刚,俞峰. 岩石力学与工程学报. 2015(03)
博士论文
[1]盾构施工参数的地层适应性模型试验及其理论研究[D]. 徐前卫.同济大学 2006
硕士论文
[1]盾构施工对地下管线变形规律的室内模型试验及数值模拟分析[D]. 黄晓康.合肥工业大学 2018
[2]盾构隧道施工对既有管线的影响研究[D]. 陈俊羽.广西大学 2016
[3]地铁隧道施工对既有管线影响研究[D]. 杨朋.西南交通大学 2012
[4]隧道施工引起的地层位移及其对邻近地下管线的影响分析[D]. 马涛.长沙理工大学 2005
本文编号：3063686
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管线受力示意图
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文11下穿管线情况下，管线受到弯曲应力最大，故本文仅分析在垂直工况下管线变形受力规律。图2-2隧道开挖影响示意图文中对此受力模型进行如下假定：（1）地下管线以及周边土体是均匀连续弹性体，管线保持其截面不变，忽略管线本身初始应力。（2）隧道开挖导致的土体变形不受既有管线的影响。借助Loganathan公式计算任意一点土体位移大小，即：20222222222222269.0)(38.1exp)()(2)())(43()(hzRhxzhxzhxzzhxzhzhxzhRUz（2-1）222022)(38.1exp)gR4()1(RHxgxHHUz（2-2）式中zU—竖直位移；Z0U—地表位移；泊松比—；g—间隙参数；x—距隧道轴线水平距离；Z—距地面垂直距离；H—隧道轴线埋深；R—隧道外半径；
2管线变形受力理论计算120：土体损失率（不排水），表达式为：22220244)4/RggRRgRgRVloss（（2-3）式中g为间隙参数，通过预估g值，进而预估0。lossV隧道土体损失率（mm/3）。Lee等（1992）通过综合考虑隧道、管片、盾构三者导致地层损失[41]，提出间隙参数表达式：DpguG3ppGG（2-4）pG—物理间隙，拼装管片预留间隙。为注浆层折减系数，一般砂土取值0.3~0.15，黏土取值，0.4~0.2。3DU—盾构前土层弹塑性变形，ω—施工影响。地基反力作用在地下管线截面上的力是环向且呈辐射状的，计算管线整体受力变形情况，用等效集中应力代替环向辐射状反力，示意图如图所示：图2-3管线受地基反力等效示意图土体卸载引起管线周围土体产生沉降，其各点位移大小用xU)(z表示，则地下管线受力公式可以表示为：xkdUxP)(z（2-5）式中d：管线直径；k：地基反力系数（3/mkN），Terzaghi(1955)研究提出，埋深0Z处与地表处的地基反力系数k与0k的关系为:
【参考文献】：
期刊论文
[1]2002--2016年我国地铁施工安全事故规律性的统计分析[J]. 李皓燃,李启明,陆莹. 都市快轨交通. 2017(01)
[2]盾构隧道推进对邻近地下管线影响的物理模型试验研究[J]. 朱叶艇,张桓,张子新,黄昕,刘宽. 岩土力学. 2016(S2)
[3]盾构隧道开挖引起地层位移计算理论的对比与修正[J]. 张治国,杨轩,赵其华,白乔木. 岩土工程学报. 2016(S2)
[4]地裂缝活动对地下输水管道影响的足尺模型试验[J]. 黄强兵,梁奥,门玉明,刘洪佳,马玉杰. 岩石力学与工程学报. 2016(S1)
[5]盾构隧道施工土体扰动范围研究[J]. 黎春林,缪林昌. 岩土力学. 2016(03)
[6]盾构隧道开挖及补偿注浆对地层扰动影响的室内试验及数值模拟研究[J]. 郑刚,张扶正,张天奇,查万理. 岩土工程学报. 2016(10)
[7]盾构隧道施工时地层沉降模型试验研究[J]. 臧宏阳,王非. 地下空间与工程学报. 2015(03)
[8]砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地表变形关系模型试验研究[J]. 金大龙,李兴高. 现代隧道技术. 2015(02)
[9]城市浅埋隧道穿越饱和砂土复合地层时适宜的施工工法[J]. 李铮,汪波,何川,王均勇,程天健. 中国铁道科学. 2015(01)
[10]盾构推进引起地表变形及深层土体水平位移分析[J]. 梁荣柱,夏唐代,林存刚,俞峰. 岩石力学与工程学报. 2015(03)
博士论文
[1]盾构施工参数的地层适应性模型试验及其理论研究[D]. 徐前卫.同济大学 2006
硕士论文
[1]盾构施工对地下管线变形规律的室内模型试验及数值模拟分析[D]. 黄晓康.合肥工业大学 2018
[2]盾构隧道施工对既有管线的影响研究[D]. 陈俊羽.广西大学 2016
[3]地铁隧道施工对既有管线影响研究[D]. 杨朋.西南交通大学 2012
[4]隧道施工引起的地层位移及其对邻近地下管线的影响分析[D]. 马涛.长沙理工大学 2005
本文编号：3063686
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