饱和软黄土地铁隧道施工地表沉降特性及其控制技术

发布时间：2017-12-12 04:05

  本文关键词：饱和软黄土地铁隧道施工地表沉降特性及其控制技术

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【摘要】：开展西安饱和软黄土地层地铁隧道施工地表沉降特性与灾害减控技术研究具有重要的理论意义与工程应用价值。本文以西安地铁三号线通化门-胡家庙-石家街区间隧道为工程背景,采用室内和现场试验、理论分析、数值模拟和现场实践相结合的方法开展研究工作。开展饱和软黄土地层静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验和扁铲试验等原位试验和室内试验研究了饱和软黄土的变形机理。结果表明,饱和软黄土具有孔隙比大、含水率高、强度低、压缩性强、承载力差、呈软塑或流塑状态的特性。基于扁铲侧胀试验数据得到了饱和软黄土地层静止侧压力系数、侧向基床反力系数计算的经验公式。研究表明,影响西安地铁饱和软黄土地层隧道施工诱发的地表沉降规律的主要因素包括:隧道的埋深、隧道的断面尺寸、地下水水位、饱和软黄土及其它土层的物理力学特性、饱和软黄土的厚度、饱和软黄土的位置、隧道的施工方法。采用FLAC模拟的方法对比研究了西安地铁饱和软黄土地层常见的四种断面大小的区间隧道矿山法施工不同开挖方法诱发的地表沉降规律。基于地表最终沉降最小的原则,提出了常见的四种断面隧道的合理开挖方法。胡石区间饱和软黄土地层隧道采用基于四种断面隧道得到的合理开挖工法进行施工。研究表明横向地表沉降分为三个阶段,即初期变形阶段、急剧增长阶段和长期变形阶段;纵向地表沉降可以分为沉降缓慢阶段、沉降加速阶段和沉降稳定阶段等三个阶段。采用Peck理论建立地表沉降预测模型,完成了右线隧道的地表沉降槽预测,预测结果与实测值基本吻合。研究表明,地铁沿线的饱和软黄土天然状态下的工程特性较差,处于流塑状态。厚度和位置对饱和软黄土矿山法隧道地表沉降的影响规律FLAC分析表明,饱和软黄土的厚度对地层变形影响明显,饱和软黄土的厚度越大,地层变形及变形影响范围就越大。饱和软黄土厚度不变时,饱和软黄土的位置对地层变形的影响较明显,饱和软黄土距离地表越近,地表沉降值越大。通过FLAC分析的手段,研究了隧道洞身上部为饱和软黄土和新黄土情况下盾构施工诱发的地表沉降规律的异同,研究了隧道洞身上部饱和软黄土加固前后盾构施工诱发的地表沉降规律的异同。结果表明,饱和软黄土位于洞身上部时,盾构隧道地表沉降的范围和数值均大于同样厚度的新黄土位于洞身上部时的地表沉降的范围和数值。洞身上部的饱和软黄土注浆加固后,其力学性质得到极大改善,土体强度增强,地表沉降值及影响范围大幅度降低,加固效果显著。基于饱和软黄土隧道地表沉降特性研究结果,提出了矿山法施工和盾构施工地铁隧道诱发的施工灾害类型集及其对应的防控技术。提出了盾构穿越饱和软黄土地层陇海铁路线的加固方案、饱和软黄土地层的加固措施和盾构法施工的控制措施。采用FLAC数值模拟的方法完成了盾构穿越既有铁路防控措施的可行性评价,研究了盾构隧道旁穿既有金花市政隧道诱发的金花市政隧道顶板、边墙和路面的变形规律。工程实践表明提出的盾构隧道下穿饱和软黄土地层既有陇海铁路线和旁穿既有金花市政隧道的施工灾害防控措施合理可行。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U231.3;U456.3

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本文编号：1281080