青岛地区盾构穿越富水地层地面沉降规律及控制技术研究
发布时间：2022-12-18 13:26
在富水地层中盾构法施工遇到软弱、松散、自稳性差和渗透系数高的地层时,极易出现管片渗水、掌子面喷涌、地面塌陷等常见的安全风险。前人对于富水地层研究只是针对某单一地层,因此有必要对盾构穿越不同富水地层地面变形规律及控制技术展开研究,研究成果具有重要理论意义及实际工程价值。本文以青岛地铁一号线某区间盾构法施工穿越不同富水地层为工程依托,综合运用现场地面沉降实测、理论分析和数值模拟等方法展开系统研究,具体研究内容和成果如下:（1）将青岛地铁一号线北段盾构隧道划分成12种组段;以北段某富水盾构区间为工程实例,综合考虑该区间穿越地层和沿线施工环境风险状况划分成5种安全风险组段,是后续展开研究的基础;进行富水地层盾构选型,确定选用复合式土压平衡盾构,得到其在不同富水地层下掘进过程中三种工作模式。（2）通过Peck预测公式对区间不同组段监测断面实测数据进行回归分析并且拟合得到的曲线与实测数据较吻合,说明采用线性回归方法能较好预测该区间盾构隧道施工引起的地表沉降规律;引入富水地层下地表最大沉降修正系数a、沉降槽宽度修正系数b对Peck预测公式进行修正,当a在0.4～0.7区间,b在1.1～1.4区间时所...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 论文选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 盾构区间组段划分与穿越富水地层下盾构选型研究现状
1.2.2 盾构隧道地表沉降预测方法的研究现状
1.2.3 盾构施工中流固耦合作用研究现状
1.2.4 富水地层下掘进参数与地面沉降相关性研究现状
1.3 论文研究内容及方法
1.4 研究技术路线
1.5 研究创新点
第2章 区间组段划分与富水地层盾构选型
2.1 组段划分的意义
2.2 组段划分的原则与方法
2.2.1 盾构隧道穿越地层划分
2.2.2 根据隧道施工环境的风险等级划分
2.2.3 盾构施工区间隧道组段的综合划分
2.3 工程实例
2.3.1 区间工程概况及周边环境
2.3.2 工程地质及水文地质条件
2.3.3 区间组段划分
2.4 区间富水地层盾构选型
2.4.1 选型原则
2.4.2 盾构选型考虑的因素
2.4.3 区间富水地层下盾构选型
2.4.4 复合式土压平衡盾构工作原理
2.5 本章小结
第3章 富水地层地面沉降规律研究
3.1 区间沉降监测方案
3.1.1 区间监测点布置
3.1.2 周边环境变形控制值
3.2 Peck预测公式分析富水地层横向地面沉降可行性研究
3.2.1 Peck预测公式
3.2.2 地面沉降监测结果分析
3.2.3 富水地层下Peck预测公式预测横向地面沉降的意义
3.3 富水地层下Peck预测公式回归分析
3.3.1 一元线性回归分析方法
3.3.2 区间不同区段地面实测数据分析
3.4 富水地层下Peck预测公式修正
3.4.1 Peck预测公式修正
3.4.2 基于实测数据下的修正系数统计分析
3.4.3 修正Peck预测公式验证
3.4.4 修正后Peck预测公式对实际工程的验证
3.5 富水地层纵向地面沉降规律研究
3.5.1 纵向地面变形的发展阶段
3.5.2 区间纵向地面变形规律
3.6 本章小结
第4章 流固耦合效应下盾构隧道施工数值模拟分析
4.1 流固耦合相互作用
4.1.1 应力场与渗流场的耦合作用
4.1.2 渗流场基本方程
4.1.3 区间围岩渗透水压力理论分析
4.2 FLAC3D5.0中的流固耦合分析特点
4.3 区间盾构隧道数值模型的建立
4.3.1 建模对象及范围
4.3.2 计算参数及单元材料模拟方法
4.3.3 边界条件设定
4.3.4 盾构掘进过程模拟步骤
4.4 数值模拟结果分析
4.4.1 孔隙水压力场分析
4.4.2 应力场分析
4.4.3 塑性区发展分析
4.4.4 盾构隧道地面位移分析
4.5 本章小结
第5章 富水地层地面沉降控制关键技术研究
5.1 富水地层地面沉降影响因素
5.2 富水地层土仓压力与出土量控制技术
5.2.1 富水地层土仓压力的计算方法
5.2.2 土仓压力与出土量的控制范围
5.3 不同组段主要掘进参数分析
5.3.1 区间掘进参数选取方法
5.3.2 各组段掘进参数统计分析
5.3.3 富水地层同步注浆控制
5.4 盾构掘进过程中下穿风险源地面控制技术
5.4.1 端头加固控制技术
5.4.2 重大风险源地面沉降控制措施
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]穿越湘江水下岩溶发育区地铁盾构选型研究与应用[J]. 蒋磊,钟可,戴勇,苏保柱,姜卫卫,章怡. 都市快轨交通. 2019(02)
[2]考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究[J]. 黄振恩,吴俊,张洋,刘陕南. 现代隧道技术. 2018(05)
[3]厚冲积地层盾构掘进参数设定及地表变形规律研究[J]. 孙捷城,王国富,路林海,刘瑞琪,李罡,唐卓华. 防灾减灾工程学报. 2018(03)
[4]西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进[J]. 胡长明,冯超,梅源,袁一力. 地下空间与工程学报. 2018(01)
[5]流固耦合作用对新建水底隧道近接施工影响分析[J]. 张健,刘五一,周中. 江西理工大学学报. 2018(01)
[6]粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究[J]. 李承辉,贺少辉,刘夏冰. 土木工程学报. 2017(S2)
[7]盾构隧道开挖面涌水对地表沉降及管片内力的影响分析[J]. 叶治,刘华北,刘文. 隧道建设. 2017(10)
[8]富水含砂软土地层轨道交通盾构选型及施工效果[J]. 王全华. 都市快轨交通. 2017(05)
[9]富水大粒径砂卵石地层盾构施工适应性研究[J]. 王国富,王建,路林海,李克金,孙捷城,唐卓华. 施工技术. 2017(19)
[10]水下盾构隧道的合理覆土厚度数值模拟分析[J]. 郭彩霞,王梦恕,孔恒,史磊磊. 中国公路学报. 2017(08)
博士论文
[1]大直径土压平衡盾构引起的地表变形及掘进控制技术研究[D]. 郭玉海.北京交通大学 2014
[2]高水压砂性土层地铁大直径盾构始发端头加固方式研究[D]. 胡俊.南京林业大学 2012
[3]基于流固耦合及复变函数分析的隧道渗流问题研究[D]. 刘福胜.华南理工大学 2012
[4]盾构法隧道施工期流固耦合问题研究[D]. 夏炜洋.西南交通大学 2012
[5]盾构过富水砂层对环境影响的分析研究[D]. 张远荣.中国铁道科学研究院 2011
硕士论文
[1]富水地层盾构隧道开挖面稳定性研究[D]. 王帆.北京工业大学 2018
[2]富水地层大断面隧道开挖流固耦合效应分析[D]. 刘健.西南交通大学 2017
[3]苏州地铁4号线盾构施工引起地面沉降变形研究[D]. 邵颍.中国矿业大学 2016
[4]兰州地铁砂卵石地层盾构施工组段划分与控制参数研究[D]. 李健.北京交通大学 2015
[5]地铁隧道盾构法施工变形及控制措施研究[D]. 舒勇.南昌航空大学 2014
[6]城市地铁隧道盾构施工引起的地层变形预测研究[D]. 邱明明.南昌航空大学 2013
[7]富水砂层土压平衡盾构施工关键技术研究[D]. 王怀志.华南理工大学 2012
[8]典型地质条件下地铁施工引起地表沉降规律的研究[D]. 闫海生.太原理工大学 2011
[9]富水砂层土压平衡盾构掘进施工引起的地表沉降分析[D]. 吴迪.沈阳建筑大学 2011
[10]考虑流固耦合影响的水下隧道施工力学效应研究[D]. 谭鑫.中南大学 2009
本文编号：3722137
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 论文选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 盾构区间组段划分与穿越富水地层下盾构选型研究现状
1.2.2 盾构隧道地表沉降预测方法的研究现状
1.2.3 盾构施工中流固耦合作用研究现状
1.2.4 富水地层下掘进参数与地面沉降相关性研究现状
1.3 论文研究内容及方法
1.4 研究技术路线
1.5 研究创新点
第2章 区间组段划分与富水地层盾构选型
2.1 组段划分的意义
2.2 组段划分的原则与方法
2.2.1 盾构隧道穿越地层划分
2.2.2 根据隧道施工环境的风险等级划分
2.2.3 盾构施工区间隧道组段的综合划分
2.3 工程实例
2.3.1 区间工程概况及周边环境
2.3.2 工程地质及水文地质条件
2.3.3 区间组段划分
2.4 区间富水地层盾构选型
2.4.1 选型原则
2.4.2 盾构选型考虑的因素
2.4.3 区间富水地层下盾构选型
2.4.4 复合式土压平衡盾构工作原理
2.5 本章小结
第3章 富水地层地面沉降规律研究
3.1 区间沉降监测方案
3.1.1 区间监测点布置
3.1.2 周边环境变形控制值
3.2 Peck预测公式分析富水地层横向地面沉降可行性研究
3.2.1 Peck预测公式
3.2.2 地面沉降监测结果分析
3.2.3 富水地层下Peck预测公式预测横向地面沉降的意义
3.3 富水地层下Peck预测公式回归分析
3.3.1 一元线性回归分析方法
3.3.2 区间不同区段地面实测数据分析
3.4 富水地层下Peck预测公式修正
3.4.1 Peck预测公式修正
3.4.2 基于实测数据下的修正系数统计分析
3.4.3 修正Peck预测公式验证
3.4.4 修正后Peck预测公式对实际工程的验证
3.5 富水地层纵向地面沉降规律研究
3.5.1 纵向地面变形的发展阶段
3.5.2 区间纵向地面变形规律
3.6 本章小结
第4章 流固耦合效应下盾构隧道施工数值模拟分析
4.1 流固耦合相互作用
4.1.1 应力场与渗流场的耦合作用
4.1.2 渗流场基本方程
4.1.3 区间围岩渗透水压力理论分析
4.2 FLAC3D5.0中的流固耦合分析特点
4.3 区间盾构隧道数值模型的建立
4.3.1 建模对象及范围
4.3.2 计算参数及单元材料模拟方法
4.3.3 边界条件设定
4.3.4 盾构掘进过程模拟步骤
4.4 数值模拟结果分析
4.4.1 孔隙水压力场分析
4.4.2 应力场分析
4.4.3 塑性区发展分析
4.4.4 盾构隧道地面位移分析
4.5 本章小结
第5章 富水地层地面沉降控制关键技术研究
5.1 富水地层地面沉降影响因素
5.2 富水地层土仓压力与出土量控制技术
5.2.1 富水地层土仓压力的计算方法
5.2.2 土仓压力与出土量的控制范围
5.3 不同组段主要掘进参数分析
5.3.1 区间掘进参数选取方法
5.3.2 各组段掘进参数统计分析
5.3.3 富水地层同步注浆控制
5.4 盾构掘进过程中下穿风险源地面控制技术
5.4.1 端头加固控制技术
5.4.2 重大风险源地面沉降控制措施
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]穿越湘江水下岩溶发育区地铁盾构选型研究与应用[J]. 蒋磊,钟可,戴勇,苏保柱,姜卫卫,章怡. 都市快轨交通. 2019(02)
[2]考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究[J]. 黄振恩,吴俊,张洋,刘陕南. 现代隧道技术. 2018(05)
[3]厚冲积地层盾构掘进参数设定及地表变形规律研究[J]. 孙捷城,王国富,路林海,刘瑞琪,李罡,唐卓华. 防灾减灾工程学报. 2018(03)
[4]西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进[J]. 胡长明,冯超,梅源,袁一力. 地下空间与工程学报. 2018(01)
[5]流固耦合作用对新建水底隧道近接施工影响分析[J]. 张健,刘五一,周中. 江西理工大学学报. 2018(01)
[6]粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究[J]. 李承辉,贺少辉,刘夏冰. 土木工程学报. 2017(S2)
[7]盾构隧道开挖面涌水对地表沉降及管片内力的影响分析[J]. 叶治,刘华北,刘文. 隧道建设. 2017(10)
[8]富水含砂软土地层轨道交通盾构选型及施工效果[J]. 王全华. 都市快轨交通. 2017(05)
[9]富水大粒径砂卵石地层盾构施工适应性研究[J]. 王国富,王建,路林海,李克金,孙捷城,唐卓华. 施工技术. 2017(19)
[10]水下盾构隧道的合理覆土厚度数值模拟分析[J]. 郭彩霞,王梦恕,孔恒,史磊磊. 中国公路学报. 2017(08)
博士论文
[1]大直径土压平衡盾构引起的地表变形及掘进控制技术研究[D]. 郭玉海.北京交通大学 2014
[2]高水压砂性土层地铁大直径盾构始发端头加固方式研究[D]. 胡俊.南京林业大学 2012
[3]基于流固耦合及复变函数分析的隧道渗流问题研究[D]. 刘福胜.华南理工大学 2012
[4]盾构法隧道施工期流固耦合问题研究[D]. 夏炜洋.西南交通大学 2012
[5]盾构过富水砂层对环境影响的分析研究[D]. 张远荣.中国铁道科学研究院 2011
硕士论文
[1]富水地层盾构隧道开挖面稳定性研究[D]. 王帆.北京工业大学 2018
[2]富水地层大断面隧道开挖流固耦合效应分析[D]. 刘健.西南交通大学 2017
[3]苏州地铁4号线盾构施工引起地面沉降变形研究[D]. 邵颍.中国矿业大学 2016
[4]兰州地铁砂卵石地层盾构施工组段划分与控制参数研究[D]. 李健.北京交通大学 2015
[5]地铁隧道盾构法施工变形及控制措施研究[D]. 舒勇.南昌航空大学 2014
[6]城市地铁隧道盾构施工引起的地层变形预测研究[D]. 邱明明.南昌航空大学 2013
[7]富水砂层土压平衡盾构施工关键技术研究[D]. 王怀志.华南理工大学 2012
[8]典型地质条件下地铁施工引起地表沉降规律的研究[D]. 闫海生.太原理工大学 2011
[9]富水砂层土压平衡盾构掘进施工引起的地表沉降分析[D]. 吴迪.沈阳建筑大学 2011
[10]考虑流固耦合影响的水下隧道施工力学效应研究[D]. 谭鑫.中南大学 2009
本文编号：3722137
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