【摘要】：盾構法因具有較多施工優(yōu)點而被廣泛應用于城市隧道建設中,但盾構開挖不可避免地影響周圍土體變形,主要是盾構在不排水條件下產(chǎn)生的地層損失和擾動后的土體再固結。當?shù)貙幼冃纬^一定范圍時,就會危及到周圍建(構)筑物和地下管線,從而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟損失,特別是太原地質條件為富水軟弱地層,盾構施工擾動伴隨流固耦合效應,且相對缺乏施工經(jīng)驗,因此,采用水土流固耦合原理分析盾構施工過程引起土體變形具有重要意義。本文以太原地鐵南內環(huán)~雙塔西街標段為工程背景,采用理論分析、理論解析、正交試驗和數(shù)值模擬相結合的方法,分析了盾構掘進參數(shù)引起地表沉降規(guī)律,且在分析過程中充分考慮流固耦合作用的影響,利用正交試驗方法,為太原地鐵提供一套較為完善的盾構推進組合參數(shù),同時在該參數(shù)下系統(tǒng)研究了盾構機施工從模型始發(fā)到鋼殼完全脫出地層全過程對土體的擾動,提出控制地表沉降措施,本文主要研究內容如下:(1)總結了國內外盾構施工采用的研究方法,詳細闡述了盾構施工引起土體變形的機理和擾動范圍,推出考慮重力的非均勻注漿壓力引起最大地表沉降的解析式,進而表明該因素的重要性;對現(xiàn)有的數(shù)值模擬因素進行完善,即考慮盾構機外殼長度、開挖面支護壓力、上大下小非均勻分布的注漿壓力、流固耦合作用等,建立了更加符合實際工程的計算模型,并通過與寧波某區(qū)間實測數(shù)據(jù)對比分析,證明考慮流固耦合模型的必要性和數(shù)值模擬的正確性。(2)通過對影響地表沉降的因素進行規(guī)律分析,在綜合考慮多種施工因素的條件下,擬合出地表沉降計算公式,采用正交試驗的方法找到較優(yōu)參數(shù)的組合形式,得出影響地表沉降的主要影響因子為注漿量。(3)基于正交試驗得到較優(yōu)的組合參數(shù),建立流固耦合模型,選取開挖環(huán)數(shù)分別為6環(huán)、12環(huán)、18環(huán)、24環(huán)和26環(huán)時,通過觀察監(jiān)測斷面的位移場、應力場、滲流場和塑性區(qū)的分布情況,分析盾構推進對土體擾動影響,以此掌握地表沉降全過程的發(fā)展規(guī)律以及證明所選參數(shù)的合理性。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U231.3;P642.26
【圖文】：

圖 2-1 盾構施工示意圖Fig. 2-1 Shield construction schematic diagram2.2 地層沉降原因盾構法因機械化程度高、交通干擾小等因素被廣泛采用，但盾構開挖會破壞土體初始平衡狀態(tài)，使隧道周圍土體應力釋放表現(xiàn)為失穩(wěn)，如能得到有效且及時的支護，將減少應力釋放，引起土體的變形值相對較小，且所波及到三維方向的變形能得到控制。盾構隧道在開挖土體、拼裝管片以及壁后注漿等工序的過程中，不可避免會對周圍土體產(chǎn)生擾動。影響地表沉降的因素是相互關聯(lián)的，而不是單獨孤立的，應該綜合各影響因素，分析各因素對盾構隧道施工產(chǎn)生的影響，從而確定較為合理的影響因素，為盾構隧道施工提供有效的工程措施具有重要的價值和意義。2.2.1 地層損失

Tab.2-1 study of formation deformation 沉降原因 沉降機理水位降低 地層固結開挖面壓力不足，過量取土，地層下沉地層損失開挖面壓力過大，取土不足，地層隆起 盾構摩擦、盾構姿態(tài) 地層損失、地 盾尾間隙、注漿不足 地層損失以上各種因素 地層固結空間變化效應道軸線開挖，其空間變化情況如圖 2-6，呈現(xiàn)以下特點：。地層變形沿著隧道中線不斷向外延伸，在一定范圍外未。地層位移大小與監(jiān)測點距離隧道中心呈反比，越靠近隧，體現(xiàn)出盾構開挖的衰減性，如圖 2-6。道施工地表沉降曲線呈高斯分布，如圖 2-7，δ1，δ2，δ3

圖 3-4 隧道開挖計算模型Fig. 3-4 Calculation model of tunnel excavation界條件模型及邊界條件一般是對土體做試驗和理論分析等最終得到的應力 構關系以適應不同工程需要。目前在實際工程中多將加精確地模擬結果，本次數(shù)值模擬選取摩爾庫倫模準側作為土體屈服判據(jù)�？漳Ｐ椭副婚_挖的材料，其用其他材料模型來代替進行回填模擬，除了將模型模型及邊界條件均質流體，計算軟件默認邊界不透水，由于盾構施工時排水，故假定模型四周及底部不發(fā)生滲透，模型上

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