兰州地铁盾构施工对地表变形的影响分析

发布时间：2017-09-18 10:03

  本文关键词：兰州地铁盾构施工对地表变形的影响分析

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【摘要】：目前,我国经济处于持续高速发展时期,城市地铁建设也在迅速发展,许多项目的建设要用盾构机施工。盾构法在地下空间作业,不影响地面交通,且对各种复杂地质条件有较强的适应性,诸多优点使得盾构法广泛应用于地铁施工建设当中。虽然盾构法施工工艺和技术水平在不断进步,但施工中仍会对盾构机周围土体产生扰动,引起地表变形。本文以兰州地铁1号线为背景,选取世纪大道~迎门滩为研究区段,利用有限元软件ANSYS建立了三维模型,通过模拟盾构开挖过程,分析研究了盾构法施工对地表变形的影响,并对比分析了不同等代层厚度和掌子面顶进压力对地表变形的影响,主要得到了以下结论:(1)在盾构开挖过程中地表出现了前隆后沉的现象。在开挖面前方约12m处发生隆起,随着盾构隧道的开挖,开挖面后方的土体会发生进一步的沉降。而后开挖起始面的地表沉降值保持在19mm左右,达到稳定状态。(2)开挖面上方地层沉降由地表至隧道拱顶逐渐增大,在拱顶处地层沉降达到最大,而在仰拱处地层隆起达到最大。(3)盾构开挖引起的地表最大横向沉降值位于隧道中轴线处,而开挖时开挖面处引起的地表沉降约为该处地表最终沉降值的42%。(4)利用Peck公式进行计算,并将结果绘制于图中与ANSYS模拟结果进行对比。当地层损失率为0.35%时,地表横向最大沉降值为8.1mm,与模拟结果接近。将Peck公式中沉降槽宽度i进行修正,得到的理论数值曲线与ANSYS数值模拟曲线更为接近。(5)不同的等代层厚度会引起不同的地表沉降。等代层厚度越大,在开挖过程中会有较大地表沉降,而随着等代层厚度变小,地表沉降也越来越小。等代层厚度的变化对隧道中轴线附近的地表变形影响较大。(6)不同的掌子面顶进压力也会引起不同的地表沉降。掌子面顶进压力越大,沿隧道轴向的地表纵向位移也越大;随着开挖的进行,不同掌子面顶进压力引起的地表沉降差值变小,但开挖面前方的隆起值差别明显。(7)在实际施工中,开挖前做好现场调查和地质情况调查,开挖过程中设定合理的土舱压力、控制好盾构掘进方向并根据需要及时调整、对土体进行改良并做好同步、二次注浆,开挖后综合分析判断地层风险性,采取相应的措施。另外,应急预案系统的建立也是必不可少的。
【关键词】：盾构 地表沉降 Drucker-Prager屈服准则 数值模拟 控制措施
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43;U231.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.3 本文研究的主要内容14-16
• 2 盾构法施工对地表变形理论分析16-21
• 2.1 盾构法简介16-18
• 2.1.1 盾构法隧道施工的发展概况16
• 2.1.2 盾构的分类16-17
• 2.1.3 盾构法的施工原理和过程17
• 2.1.4 盾构法优缺点17-18
• 2.2 地层变形的时空效应理论18-19
• 2.2.1 地层变形的时间效应18-19
• 2.2.2 地层变形的空间效应19
• 2.3 引起地层变形的原因19-20
• 2.3.1 地层损失引起的变形19
• 2.3.2 土体固结引起的变形19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 盾构法施工数值模拟21-28
• 3.1 有限元简介21-23
• 3.1.1 有限元法的基本思想和特点21
• 3.1.2 有限元法的求解步骤21-23
• 3.2 ANSYS软件概述23-24
• 3.3 本构模型的选取24-27
• 3.4 ANSYS模拟盾构开挖的过程27
• 3.5 本章小结27-28
• 4 兰州地铁盾构开挖数值模拟28-47
• 4.1 工程概况及地质条件28-32
• 4.1.1 工程概况28
• 4.1.2 工程地质条件28-29
• 4.1.3 场地地层岩性特征29-32
• 4.2 盾构机型的选择32
• 4.2.1 盾构机选型原则32
• 4.2.2 盾构机选型确定32
• 4.3 建立模型32-33
• 4.4 计算模型结果及分析33-46
• 4.4.1 位移分析33-39
• 4.4.2 盾构开挖时不同等代层厚度对地表沉降的影响39-43
• 4.4.3 盾构开挖时不同掌子面顶进压力对地表沉降的影响43-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 地表沉降的控制措施47-52
• 5.1 开挖前控制措施47
• 5.1.1 开挖前现场调查47
• 5.1.2 开挖前地质情况调查47
• 5.2 开挖过程中控制措施47-51
• 5.2.1 合理设定舱内压力47-48
• 5.2.2 盾构掘进方向的控制与调整48-49
• 5.2.3 土体改良49-50
• 5.2.4 同步及二次注浆50-51
• 5.3 开挖后的控制措施51
• 5.4 建立应急机制51
• 5.5 本章小结51-52
• 6 结论与展望52-54
• 6.1 结论52
• 6.2 展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-57
• 攻读学位期间的研究成果57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：874859