發(fā)布時(shí)間：2018-01-30 07:08

  本文關(guān)鍵詞： 軟土地層 小凈距隧道 盾構(gòu)施工 交互影響 擾動固結(jié)圈　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著城市化建設(shè)的不斷深化,為解決城市交通擁擠的現(xiàn)象,對地下空間的開發(fā)和利用也成為當(dāng)今城市發(fā)展的需求。城市地鐵隧道不是城市一誕生就有所規(guī)劃,而是隨著城市的逐漸發(fā)展而隨之產(chǎn)生的,因此,地鐵規(guī)劃和建設(shè)不僅要保證地面建筑物的安全,還要保證施工時(shí)不能破壞地下管線。在地鐵選線時(shí),一般都是沿著城市地表道路,一方面是為了乘客乘車的方便,另一方面是為了避開高層建筑物的樁基、地下室等。因此,按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》對小凈距隧道的定義(在軟巖地段兩隧道凈距小于4B為小凈距隧道,B表示隧道寬度),那么城市地鐵大部分都是小凈距隧道,但機(jī)械盾構(gòu)施工與山嶺隧道的新奧法施工不可同日而語,且土體與巖體性質(zhì)也有較大差異,在蘇州軟土這種條件下,城市地鐵小凈距盾構(gòu)施工的交互影響關(guān)系到底是怎樣的?基于此研究目的,本文提出了從宏觀、細(xì)觀、微觀方面相結(jié)合的研究方式,探討先行洞與后行施工的交互影響關(guān)系,為類似工程提供參考依據(jù)。本文在宏觀方面,通過數(shù)值模擬與現(xiàn)場實(shí)測地表沉降的規(guī)律進(jìn)行分析,總結(jié)宏觀上的交互影響規(guī)律,為細(xì)觀試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)提供思路；在細(xì)觀方面對管片的分析,是通過數(shù)值模擬與現(xiàn)場實(shí)測管片的三向應(yīng)力(徑向、軸向和環(huán)向)狀態(tài),分析先行洞和后行洞施工的交互影響規(guī)律,一方面驗(yàn)證宏觀交互影響規(guī)律的可靠性,另一方面為土體力學(xué)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提供思路；在細(xì)觀方面對土體力學(xué)試驗(yàn)分析,根據(jù)宏觀交互影響規(guī)律與管片受力的交互影響規(guī)律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,分析土體在多次受力條件下的變化規(guī)律,為微觀試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)提供思路;在微觀方面對土體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析,得出了交互影響在微觀土體方面的規(guī)律。通過上述分析,本文的主要研究成果為：(1)蘇州軟土地層的地質(zhì)成因環(huán)境具有特殊性。該區(qū)土體主要為內(nèi)陸湖相沉積,其層厚在5～30m且分布不均勻。通過對比其它地方的軟土,可知蘇州軟土地層具有相對較低的含水量、孔隙比、內(nèi)摩擦角,較高的壓縮模量與粘聚力。由于土質(zhì)的不同,盾構(gòu)施工時(shí)其交互影響規(guī)律也不同于其它地區(qū)。(2)從宏觀方面,通過數(shù)值模擬對不同凈距(0.25D、0.5D、0.75D、1D、1.25D、1.5D,D為盾構(gòu)外徑)的地表縱、橫向沉降的交互影響沉降規(guī)律進(jìn)行分析,得到了以下較重要的結(jié)論;先行洞施工對后行洞的影響規(guī)律,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①先行洞施工對周圍土體產(chǎn)生了擾動,使得后行洞的地表縱、橫向沉降量較先行洞的值增大。②先行洞自身的施工過程(隨著施工步的增加),在自身的周圍形成了不同程度的擾動固結(jié)圈,在本文中歸結(jié)為強(qiáng)擾動固結(jié)圈(范圍為0～0.25D)、弱擾動固結(jié)圈(0.25～0.75D)、擾動無固結(jié)(1D～1.5D)。自身形成的固結(jié)圈,使后行洞施工受先行洞擾動固結(jié)圈的影響,對先行洞周圍土體擾動隨凈距的變化而改變。后行洞施工對先行洞的影響規(guī)律,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①后行洞施工對先行洞的影響是一個(gè)過程(對于某一監(jiān)測斷面,在未到達(dá)時(shí)、經(jīng)過時(shí)與通過后),這個(gè)過程表現(xiàn)在縱、橫向沉降曲線上,為先行洞地表沉降速率的先增大后減小。說明先行洞周圍土體的受力也是一個(gè)過程量,即受到擠壓、擠壓與剪切并存、拉伸的過程,在自身結(jié)構(gòu)周圍形成擾動固結(jié)圈,使得地表的土體受力表現(xiàn)為為拉伸、拉伸與剪切與擠壓的過程,沉降量隨之而增減。②后行洞施工對先行洞的影響的這個(gè)過程(未到達(dá)時(shí)、經(jīng)過時(shí)與通過后),對比縱、橫向沉降值,先行洞地表土體沉降速率經(jīng)歷了先增大和后減小的過程。說明先行洞地表土體在盾構(gòu)施工通過后有回彈的現(xiàn)象,且根據(jù)沉降量的回彈值始終小于沉降值,說明后行洞施工擾動使先行洞的擾動固結(jié)圈有增大的趨勢。③后行洞施工對先行洞的影響隨著凈距的不同而不同,當(dāng)凈距在0.25～0.75D(D為盾構(gòu)機(jī)外徑)時(shí),先行洞的地表縱、橫向沉降量隨著后行洞施工步的增加,沉降值隨著凈距的增大而減小,而在1.0～1.5D時(shí),沉降值是隨著凈距的增大而增大。從該結(jié)果說明,先行洞施工后形成了擾動固結(jié)圈,使得一定凈距內(nèi)的該區(qū)軟土土質(zhì)變均勻,同時(shí)其工程性質(zhì)也變好,使得后行洞施工對先行洞的擾動較小。根據(jù)此結(jié)論,提出了在該區(qū)施工時(shí),盾構(gòu)的最佳凈距為0.75～1D左右。(3)在細(xì)觀的管片方面,通過有限元數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測管片的三向(徑向、軸向和環(huán)向)受力特征的分析,可以得出以下的結(jié)論：①先行洞盾構(gòu)施工對后行洞施工的影響,在管片上的表現(xiàn)為在同一監(jiān)測斷面上,先行洞管片的受力狀態(tài)與后行洞管片的受力狀態(tài)截然不同,且后行洞的管片三向受力根據(jù)監(jiān)測位置(同一斷面)的不同其變化趨勢不同。說明先行洞施工對后行洞管片受力造成了影響。②后行洞盾構(gòu)施工對先行洞管片的影響,在管片的表現(xiàn)上為在同一監(jiān)測斷面上,是一個(gè)動態(tài)的過程,即后行洞盾構(gòu)施工未到達(dá)、到達(dá)時(shí)、通過該監(jiān)測斷面時(shí),先行洞管片的受到了相應(yīng)的擾動,即先受壓、然后受壓與受剪、再受拉的過程,這種變化規(guī)律在徑向、軸向和環(huán)向的受力狀態(tài)上都有體現(xiàn)。③通過對蘇州地鐵4號線地鐵盾構(gòu)施工的先行洞的管片設(shè)計(jì)了測量三向受力狀態(tài)的現(xiàn)場測試試驗(yàn),即用壓力盒測量管片背面的徑向應(yīng)力,用應(yīng)變計(jì)測量管片內(nèi)側(cè)的軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力,通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù),證明了后行洞施工對先行洞管片的影響是一個(gè)擠壓、擠壓與剪切、拉伸的過程,證明了數(shù)值模擬結(jié)論的可靠性。且后行洞施工對先行洞的影響,主要是對隧道管片結(jié)構(gòu)的左、右側(cè)拱腰的影響較大,對弧底和弧頂影響較小。(4)在細(xì)觀的土體方面,通過室內(nèi)試驗(yàn)可以得到以下結(jié)論：①通過對比原狀土與受先行洞施工擾動軟土的壓縮-固結(jié)試驗(yàn)可知,受擾動土體的變形量減小、孔隙比減小與壓縮模量增大,說明受擾動的土體性質(zhì)變好,可以證明先行洞施工后在管片周圍形成了擾動固結(jié)圈。②通過對比原狀土與受先行洞施工擾動軟土的壓縮-固結(jié)試驗(yàn),分析該軟土的變形速率隨著荷載的增加而減小,說明土體的固結(jié)是受荷載與時(shí)間的影響的。相對于盾構(gòu)施工,也就是先行洞施工對自身周圍的土體影響是最大的,后行洞的施工對先行洞周圍土體的影響值減小。③根據(jù)直剪試驗(yàn)可知,對比原狀土與受先行洞施工擾動軟土的粘聚力和內(nèi)摩擦角,發(fā)現(xiàn)內(nèi)摩擦角與粘聚力都隨著盾構(gòu)施工的擾動而增大,說明在施工的擾動過程中,土體的抗剪強(qiáng)度增大。④對比壓縮-卸荷-剪切與純剪切試驗(yàn)的粘聚力與內(nèi)摩擦角,可知內(nèi)摩擦角與粘聚力在受壓縮和未受到壓縮是不同的。做過壓縮試驗(yàn)的樣本其粘聚力和內(nèi)摩擦角明顯增加,說明盾構(gòu)隧道周圍在受到擠壓力作用后,確實(shí)有固結(jié)的現(xiàn)象,證明擾動固結(jié)圈的存在。⑤探討了擾動固結(jié)圈的形成條件：a、土體需要受到外荷載作用；b、土體在受力作用下具有排水的通道：c、土體在固結(jié)作用下需要有變形的響應(yīng)。對于盾構(gòu)施工過程來講,未達(dá)到監(jiān)測斷面時(shí)提供的是擠壓和剪切力,使得土體先松動,提供排水通道；當(dāng)施工通過監(jiān)測斷面時(shí)提供的拉伸作用,土體相當(dāng)于受到了擠壓作用,從而形成固結(jié)作用,又由地表變形進(jìn)行協(xié)調(diào)。(5)在微觀方面,通過觀察先行洞施工前后原狀土樣和經(jīng)過力學(xué)實(shí)驗(yàn)土樣的微觀結(jié)構(gòu),可以得到以下結(jié)論：①原狀土樣的顆粒分布較零散的,而經(jīng)過壓縮階段后,土體顆粒的排列緊密了、均勻了：而當(dāng)經(jīng)過壓縮-卸荷-剪切后,土體的排列依然緊密,但剪切的邊緣的土體顆粒發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。說明在盾構(gòu)施工的這個(gè)過程中管片周圍土體是向密實(shí)和均勻化發(fā)展的。②受施工擾動的原狀土樣的顆粒朝著密實(shí)的方向發(fā)展,說明盾構(gòu)施工的擾動使得土體有固結(jié)的現(xiàn)象。③土體在盾構(gòu)施工擾動過程中受到的是擠壓、剪切與拉伸過程,先使得周圍土體發(fā)生松動,滲透性增大,但當(dāng)盾構(gòu)施工通過后,土體的受力又迅速變?yōu)橄蚨磧?nèi)的徑向應(yīng)力,這時(shí)候就會形成擾動固結(jié)效應(yīng),分布在盾構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)的周圍,經(jīng)過一段時(shí)間就形成了擾動固結(jié)圈。屬性不符
[Abstract]:With the deepening of urbanization construction , to solve the phenomenon of urban traffic congestion , the development and utilization of underground space has become the demand of urban development . Because of the different soil quality , the interaction influence law of shield construction is different from other areas . ( 2 ) In the macroscopic aspect , the influence of the surface longitudinal and transverse settlement on the tunnel is analyzed by numerical simulation . The influence of the tunnel construction on the surrounding soil is studied . In this paper , the influence of the construction of the tunnel shield on the tunnel is studied . ( 4 ) In the aspect of fine soil , the following conclusions can be obtained through laboratory tests : ( 1 ) The deformation rate of disturbed soil is reduced by comparing undisturbed soil with the compressive - consolidation test of disturbed soft soil . ( 5 ) In the micro aspect , the following conclusions can be obtained by observing the original soil sample before and after the pre - hole construction and the microscopic structure of the soil sample after mechanical experiment .

【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U455.43

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王啟耀,鄭永來,凌宇峰,楊林德;近距離雙線盾構(gòu)隧道施工相互影響的監(jiān)測與分析[J];地下空間;2003年03期

2 陳越峰;張慶賀;張穎;鄭堅(jiān);;近距離三線并行盾構(gòu)隧道施工實(shí)測分析[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2008年02期

3 林志;朱合華;夏才初;;雙線盾構(gòu)隧道施工過程相互影響的數(shù)值研究[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2009年01期

4 高文華;朱建群;黃自永;鄧修甫;;隧道圍巖變形動態(tài)預(yù)測的灰色自適應(yīng)模型及其參數(shù)智能辨識[J];公路交通科技;2012年01期

5 方勇;楊斌;楊志浩;符亞鵬;;地鐵盾構(gòu)隧道施工對地層擾動的影響因素分析[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

6 李振濤;姜磊;劉宇;汪江;;砂土區(qū)間地鐵盾構(gòu)施工土體參數(shù)反演及其驗(yàn)證[J];地下空間與工程學(xué)報(bào);2014年03期

7 孫玉永;宋天田;周順華;;軟土地層近距離上穿既有隧道變形的數(shù)值模擬[J];華東交通大學(xué)學(xué)報(bào);2007年04期

8 朱敬民;王家遠(yuǎn);;地下巖石洞室粘彈塑性邊界元分析[J];重慶建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào);1989年02期

9 ;近距離巷道圍巖穩(wěn)定性及合理間距[J];礦山壓力與頂板管理;1997年Z1期

10 錢新;楊志勇;喬雪垠;張國強(qiáng);;地鐵盾構(gòu)小凈距平行施工技術(shù)[J];市政技術(shù);2007年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 仇文革;地下工程近接施工力學(xué)原理與對策的研究[D];西南交通大學(xué);2003年

2 嚴(yán)長征;盾構(gòu)隧道近距離共同作用機(jī)理及施工技術(shù)研究[D];同濟(jì)大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 張書豐;地鐵盾構(gòu)隧道施工期地表沉降監(jiān)測研究[D];河海大學(xué);2004年

2 李鵬飛;地鐵盾構(gòu)施工引起的地表沉降預(yù)警預(yù)測研究[D];重慶交通大學(xué);2013年

3 封帆;長春地鐵二號線建設(shè)層粘性土微觀結(jié)構(gòu)研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2014年

，

本文編號：1475630