盾构施工对隧道侧穿浅基础框架结构的影响研究

发布时间：2017-08-14 06:40

  本文关键词：盾构施工对隧道侧穿浅基础框架结构的影响研究

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【摘要】：浅基础框架结构作为城市建筑一种常见形式,广泛存在。城市轨道交通隧道从城市密集区域穿过,不可避免地对邻近房屋造成安全影响,容易导致建筑发生倾斜、开裂甚至坍塌等事故。地铁隧道施工时,需要对那些距离隧道较近的房屋进行重点监测,而监测的范围到底如何确定,目前并没有完备的理论支撑,而是根据经验确定。本文通过设定大量工况来对盾构隧道侧穿框架结构进行研究,以致力于得出这一理论依据。以此为出发点,本文首先对国内外盾构隧道施工对建筑物影响的研究现状进行了综述,对盾构施工对邻近建筑物的影响机理及主要影响因素进行了探讨和分析。接着本文介绍了盾构隧道施工的有限元计算理论,对本文研究将要用到的有限元分析软件ANSYS进行了简介,并介绍了如何利用ANSYS进行隧道施工的模拟及模拟要用到的结构类型、本构关系及基本假设等。本文重点是利用ANSYS有限元软件,针对框架与隧道轴线水平距离L、隧道埋深H、框架层数以及土体强度这几个因素分5种工况共建立了19个计算模型来对盾构施工对邻近框架结构的影响进行分析。分析结果表明:在不同的H下,建筑的沉降、倾斜及内力均随着L的增大而递减;低层框架结构中,改变框架的层数对建筑的沉降及倾斜影响较小;建筑的沉降、倾斜及内力均随着土体强度的增大而递减,而且这些指标对于土体强度的改变非常敏感;当L=5m时,随着H从10m增加到20m,建筑的沉降、倾斜和内力都是呈递减趋势的,而当L从10m增加到25m时,其随H增大的变化趋势由递减变成了递增,出现这种现象的原因是因为当H增大时沉降槽的宽度也增大了,即盾构施工造成影响的范围变大了。对比工况1~工况3以及4.3.6的分析可知:建筑对H改变的反应没有对L改变的反应敏感。最后,本文介绍了盾构施工中运用数值模拟方法对房屋影响进行预测的工程实例,模拟结果显示:在盾构施工过程中,房屋的沉降、相邻柱基沉降差以及倾斜均能控制在规范规定的范围内。而后在施工过程中对房屋沉降的监测数据及隧道通过后对房屋的检测结果也验证了该数值模拟的正确性,证明运用数值模拟方法对类似工程进行研究是可行的。
【关键词】：盾构施工 框架结构 影响因素 数值模拟 影响范围
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.3 本文研究思路及主要内容14-16
• 第2章 影响机理及主要影响因素16-22
• 2.1 盾构法简介16-17
• 2.1.1 泥水加压式盾构16-17
• 2.1.2 土压平衡式盾构17
• 2.2 盾构施工对邻近建筑影响机理17-19
• 2.2.1 地表倾斜损害17
• 2.2.2 地表曲率损害17-18
• 2.2.3 地面水平变形损害18-19
• 2.3 盾构施工对邻近建筑影响因素19-22
• 第3章 盾构隧道施工的有限元计算理论22-32
• 3.1 有限元法简介22-25
• 3.1.1 有限元法的起源和特点22
• 3.1.2 有限元法的求解步骤22-25
• 3.2 ANSYS简介25-32
• 3.2.1 ANSYS有限元分析基本过程25
• 3.2.2 隧道施工力学模拟的过程25-26
• 3.2.3 部分单元类型介绍26-28
• 3.2.4 本构模型介绍28-31
• 3.2.5 单元生死技术31-32
• 第4章 分工况数值分析32-59
• 4.1 有限元模型的建立32-33
• 4.1.1 隧道和上部结构32-33
• 4.1.2 单元类型选择33
• 4.1.3 基本假设33
• 4.2 工况划分及相应计算模型33-37
• 4.3 各工况计算分析37-58
• 4.3.1 工况1 H=10m，改变L38-41
• 4.3.2 工况2 H=15m，改变L41-44
• 4.3.3 工况3 H=20m，，改变L44-47
• 4.3.4 工况4 改变框架层数47-50
• 4.3.5 工况5 改变土体强度50-53
• 4.3.6 相同L，不同H下的对比分析53-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 工程实例59-65
• 5.1 工程概况59
• 5.2 有限元建模59-61
• 5.3 计算分析61-64
• 5.3.1 建筑物位移分析61-63
• 5.3.2 建筑物内力分析63-64
• 5.4 实测结果64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-70
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）70-71
• 致谢71

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