填海地质复合地层中盾构隧道下穿机场施工的环境影响研究

发布时间：2020-11-05 18:40

　　 本研究针对盾构施工对周围环境的影响问题,依托穗莞深城际铁路深圳机场北站至深圳机场站区间盾构工程,针对其采用填海形成陆地并普遍含有淤泥层的地质特点,总结概括已有盾构施工引起地表位移的理论基础,对实际工程盾构施工参数和地表位移数据进行分析,建立以地层损失率为中心的分析框架,通过有有限元方法对盾构下穿机场施工进行模拟,研究其对地表沉降和地表结构层内力的影响。得到如下成果:1)盾构施工参数之间存在的制约关系:掘进速度与螺旋输送机转速正相关;掘进速度等于贯入度与刀盘转速的乘积,一定范围内降低贯入度,可以减轻刀具磨损,但此时若要维持相同的掘进速度,需增大刀盘转速;土仓压力随土压力的增大而增大;土仓压力受掘进速度和螺旋输送机转速的控制,但三者之间不存在线性关系;总推力随土仓压力的增大而增大。2)盾构注浆对地表竖向位移发展的影响:盾构进入机场飞行区后增大了注浆量,增大注浆量后,开挖造成的土体扰动和注浆造成的地层体积增加共同控制地表的竖向位移,前者使得地表有持续沉降的趋势,后者使得地表有回弹(或隆起)的趋势,两种因素共同作用,交替控制,使得地表间断性的出现沉降和回弹;随着时间的推移和距离的增加,两种影响趋势逐渐减弱,最终达到平衡,地表位移稳定。3)天然地表和地表结构层沉降的分布规律:天然地表和地表结构层受盾构施工的影响,其沉降在横向上的分布均可以用Gauss曲线描述;在一定范围内,沉降量随地层损失率线性增加,沉降槽的拐点值随地层损失率先增大后减小,沉降槽体积与实际地层损失体积的比值随地层率的增大而增大,并逐渐接近于某一定值;淤泥质土层的剪缩性质可以小幅增加地表最大沉降量,而大幅增加地表沉降槽的拐点值,从而增大沉降槽体积;地表结构层的存在可以降低20%的最大沉降量,并增大沉降槽拐点值。4)地表结构层沉降与内力评估:地表最大沉降量和地表结构层内力均与地层损失率之间存在很好的线性关系,可以采用以地层损失率为中心的分析框架,通过地表沉降推算结构层内力的大小;目前的盾构施工监测方案忽略了一部分地表沉降,这一因素可能造成超过60%的最大地表沉降量以及超过30%的结构应力被低估。5)盾构引起地表隆起的分布规律:盾构施工过程中过度注浆会使地层体积增加,引起地表隆起,地表隆起的发展和分布受到浆液扩散的影响;根据浆液扩散的方向,地表隆起在横向上的分布可以分为三种模式,即中心隆起模式、两侧偏移模式和一侧偏移模式。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.43
【部分图文】：

23图 3-2 穗莞深城际铁路机场北站至机场站区间线路图Fig. 3-2 Route map of SectionAirport North Station –Airport Station (Ji-Ji section) of Sui-Guan-Shen interurban railway

图 3-3 隧道下穿深圳国际机场飞行区段示意图Fig.3-3 Course of tunnel crossing airfield of Shenzhen international airportZDK81+150ZDK82+935下穿机场区间路线走向

图 3-6 机机区间盾构机主机图Fig.3-6 Core of the shield tunneling machine used in Ji-Ji section
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本文编号：2872031