微间距浅埋盾构隧道施工模拟有限元分析

发布时间：2017-07-26 19:29

  本文关键词：微间距浅埋盾构隧道施工模拟有限元分析

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【摘要】：有限的城市用地是制约城市、城际轨道交通发展的重要因素,小间距盾构隧道施工逐渐成为目前大中城市轨道交通建设中的常见形式,因此考虑地基条件和周边环境对小间距盾构施工过程进行有限元模拟分析就成为施工技术优化和施工组织设计的主要课题。本文以广东某城际铁路盾构区间隧道为工程依托,针对小间距浅埋深且随设计纵坡埋深渐变的设计特点,建立了围岩-管片衬砌-周边邻近建筑物的空间有限元分析模型,模拟和分析了不同盾构施工工艺对围岩、管片衬砌和周边邻近建筑物变形和受力的影响,得到了相应的结论。本文主要研究内容和成果如下:(1)采用岩土工程有限元分析方法,考虑围岩土体、管片衬砌和周边建筑物的材料本构关系以及各自设计要素,建立了围岩-管片-周边建筑物所构成的空间体系有限元分析模型,通过有限元分析软件MIDAS/GTS针对该模型和后行隧道对先行隧道的影响规律等施工工况进行了模拟分析,得到了施工过程中地表沉降、围岩受力变化、管片变形及受力、施工对周边邻近建筑物的影响等计算结果。(2)针对盾构区间隧道施工过程中地表和围岩受力状况的计算结果表明,对于间距较小的区段,先、后行盾构施工将在围岩内产生明显的应力重分布和应力交叠现象,宏观表现为较大的地层沉降以及较广范围的沉降槽;横向沉降曲线最大沉降位移位置并不位于双线隧道的中间位置而是发生了局部偏移即更偏向于后行盾构隧道;纵向地表沉降曲线表现了先减小后增大的空间分布趋势。盾构始发处上部和底部的围岩应力均较小,随着后行隧道施工推进,围岩应力有沿隧道纵向增加的趋势,但均比同埋深围岩的应力水平小;在后行左洞的推进过程中,围岩各方向最大剪应力均表现较低的应力水平且其变化幅值较小。(3)针对盾构区间隧道施工过程中管片受力状况的计算结果表明,后行盾构隧道施工对先行隧道管片变形和受力的影响是一个动态发展的过程。在后行盾构未到达计算断面时,通过土体作用盾构推进对先行隧道产生挤压或剪切作用;而在盾构通过或远离计算断面时,通过土体卸荷作用使先行隧道管片衬砌发生少量回弹变形并最终趋于稳定。(4)针对盾构区间隧道施工过程中周边邻近建筑物的受力计算结果表明,双线盾构隧道施工全过程中周边邻近建筑物结构使用性能良好,框架结构的柱间沉降表现为较均匀整体沉降,结构本身不产生附加应力,即周边邻近建筑物柱间不均匀沉降、柱倾斜值和构件组合应力水平等指标均处于安全可控的范围内。本文上述研究成果为论证相关施工技术方案和工艺优化提供了科学依据,研究结果可供相关工程参考。
【关键词】：盾构隧道 小间距 浅埋 有限元模拟 施工技术优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 选题背景12-14
• 1.2 数值模拟研究现状14-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 第二章 盾构隧道施工技术和理论分析19-34
• 2.1 盾构隧道施工工艺19-21
• 2.1.1 土压平衡盾构施工基本原理19-20
• 2.1.2 浅埋施工的施工工艺控制20-21
• 2.2 盾构隧道施工阶段地基变形理论21-30
• 2.2.1 地基变形的原因与发生机理21-23
• 2.2.2 地基变形的三维扩散分布23-25
• 2.2.3 地基变形预测25-30
• 2.2.4 地基变形对邻近建筑物等的影响30
• 2.3 小间距并行盾构隧道施工的相互影响分析30-33
• 2.3.1 相互影响关系分析31-32
• 2.3.2 影响程度的预测方法32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 小间距浅埋盾构隧道施工有限元模型建立34-58
• 3.1 工程概况34-40
• 3.1.1 地面条件及地貌特征35
• 3.1.2 岩土分层及地质特征35-37
• 3.1.3 水文地质条件37-38
• 3.1.4 微间距超浅埋段区间隧道及周边环境说明38-40
• 3.2 MIDAS/GTS有限元软件简介40-41
• 3.3 本构选择及非线性分析41-51
• 3.3.1 本构模型的选择41-48
• 3.3.2 非线性分析48-51
• 3.4 基本假定51-52
• 3.5 模型计算参数52-55
• 3.6 模型边界条件及网格划分55-56
• 3.7 盾构施工工况56-57
• 3.8 本章小结57-58
• 第四章 小间距浅埋盾构隧道施工有限元模拟分析58-84
• 4.1 地表沉降分析58-65
• 4.1.1 横向地表沉降影响60-63
• 4.1.2 纵向地表沉降影响63-65
• 4.2 围岩应力分析65-69
• 4.2.1 正应力分析65-67
• 4.2.2 剪应力分析67-69
• 4.3 管片分析69-79
• 4.3.1 管片轴向应力分析70-72
• 4.3.2 管片径向应力分析72-73
• 4.3.3 管片环向应力分析73-75
• 4.3.4 管片变形分析75-79
• 4.4 对邻近建筑物影响分析79-82
• 4.4.1 柱间不均匀沉降分析80-81
• 4.4.2 框架结构倾斜值分析81-82
• 4.4.3 结构应力分析82
• 4.5 本章小结82-84
• 结论与展望84-86
• 结论84-85
• 展望85-86
• 参考文献86-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 致谢90-91
• 答辩委员会对论文的评定意见91

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本文编号：577997