基于HSS模型的盾构隧道施工对邻近桥梁的影响及控制措施研究

发布时间：2020-10-23 12:26

　　 城市地铁隧道穿越邻近桥梁的工程日趋增多,若施工不当,易造成桥梁不均匀沉降等问题,影响桥梁的安全使用。盾构法以其安全、高效及不影响地面交通等优点在隧道施工中得到了广泛应用。目前对盾构隧道施工过程及施工参数的研究较少,且大多采用M-C模型进行模拟,对位移场的预测存在较大的误差。小应变硬化土(HSS)模型可以同时考虑土体剪切硬化和压缩硬化,而且还可以考虑土体剪切模量在微小应变范围内随应变衰减的行为,因此,HSS模型在隧道施工数值分析中具有更好的适用性。本文紧密依托济南轨道交通R1线盾构隧道下穿京沪高铁桥典型工程,采用HSS模型,利用土工试验获得的参数,着重从土仓压力、注浆压力、千斤顶推力等施工角度研究盾构隧道近距离下穿桥梁时的位移场演变机理及桥梁的过程响应,并提出控制措施,为日后类似穿越工程提供一定的参考。本文主要开展了以下工作:(1)在搜集文献资料的基础上,重点分析了地铁盾构隧道的施工特点及其主要施工参数变化对周围环境的影响;对比各本构模型在隧道施工分析中的应用,表明HSS模型的预测结果和实测值更加接近,其在隧道施工数值模拟上有更好的适用性;(2)依据由土工试验方法标准和相关文献确定的试验方案,量测了济南轨道交通穿越典型粉质黏土地层的HSS模型的强度参数(有效粘聚力c'和有效内摩擦角?')和刚度参数(参考割线模量E_(50)~(re) ~f,参考卸载再加载模量E_(ur)~(re) ~f,参考切线模量E_(oe)~(re) _d~f),并结合经验公式获得了剪胀角?、幂指数m、泊松比?_u _r、参考应力p~(ref)、破坏比R_f、侧压力系数K_0、参考初始剪切模量G_0~(re) ~f、剪应变?_(0.7)等8个参数的取值,为盾构隧道施工数值模拟奠定了基础;(3)采用有限元分析方法,对R1线盾构隧道下穿京沪高铁初始施工方案进行模拟。结果表明:该方案对地层扰动较大,桥梁沉降超过控制标准;(4)采用有限元分析方法,在初始施工方案基础上施加隔离桩进行桥梁保护,并着重从土仓压力、注浆压力、千斤顶推力等施工角度研究盾构隧道近距离下穿桥梁时位移场的演变机理及桥梁的过程响应;(5)将数值模拟结果与实测数据相比较,验证了HSS模型在隧道施工模拟中的可靠性;(6)结合文献资料及模拟结果,对济南轨道交通穿越典型粉质黏土地层时的土仓压力、注浆压力、千斤顶推力等施工参数进行优化,并提出控制措施及建议。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.4
【部分图文】：

主要体现在：（1）保证盾构隧道安全施工的同时，加快了施工进度；（2）盾构推进、渣土排出以及管片拼装和注浆等过程可以实现自动化；（3）通过合理的施工控制，可以减小盾构隧道穿越对既有建（构）筑物、管道的影响。随着轨道交通项目的持续建设，地铁线路覆盖面越来越广，工程建设所面临的也日益复杂。总体来说，复杂的周边环境可分为两类：一类是地上建（构）筑屋、桥梁、铁路等；一类是地下建（构）筑物，如各种地下管线、箱涵、已建等。由于其复杂性，一旦发生事故，往往会对周边建筑物、桥梁、道路、煤气造成严重破坏，经济损失重大，甚至将影响社会稳定。大量的工程实践表明[2]构施工技术已经比较成熟，但盾构施工仍然不可避免地会对周围环境产生扰动层位移，从而使周边建筑物、桥梁等产生不均匀沉降。因此，既对周边建（构行保护，又确保工程的质量和安全已经成为现阶段研究的重点。

图 2.1 垂直盾构掘进方向的地层变形示意图方向的地层变形规律起的地层变形与地质条件、盾构机种类及施工工况有很大移变化可分为五个阶段[53]。达前的变形。根据经验，当隧道开挖面距建（构）筑物面开始沉降。因为盾构开挖使土体应力释放，进而引起建降。达时的变形。这是由于盾构开挖面的挤压作用或土体的构机的土仓压力低于实际土压力时，会造成建（构）筑生隆起。过时的变形。盾构隧道在通过建（构）筑物时，由于开方向的位移，从而发生地层变位和建（构）筑物变形。除附加变形。

确的参数是 HSS 模型能够得出更符合实际的结果的重要保证，因此得尤为重要。本章主要介绍了 HSS 模型参数的经验公式以及室内土模型参数的试验方案，并着重介绍了强度参数和刚度参数的确定方法问题的理论分析和数值模拟提供了坚实的基础。型简介型，Schanz[60]发展出了可以模拟不同类型土体力学行为的 HS 模型。它排水试验结果的基础上建立起来的，其在三轴固结排水试验主加载条系由 Brinkgreve[61]提出，如图 3.1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2853038