本文選題：盾構(gòu)施工 + 土體擾動(dòng)　； 參考：《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)》2016年博士論文

【摘要】：隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,地鐵隧道與既有建(構(gòu))筑物的近接、交叉施工越來越普遍,由此產(chǎn)生的地鐵施工引起既有建(構(gòu))筑物變形的控制已成為工程的主要關(guān)注點(diǎn)之一。盾構(gòu)作為地鐵隧道的主要施工方法之一,首先影響到周圍土體,造成周圍土體在一定范圍內(nèi)的擾動(dòng)和變形,從而間接影響到鄰近建(構(gòu))筑物,對(duì)既有建(構(gòu))筑物的變形控制可歸結(jié)為控制施工所引起的周圍土體擾動(dòng)和變形。對(duì)盾構(gòu)施工引起的周圍土體擾動(dòng)和分層沉降特性進(jìn)行系統(tǒng)研究,將對(duì)控制其周圍建(構(gòu))筑物和地面沉降具有重要意義,進(jìn)而對(duì)城市地下軌道交通建設(shè)的安全控制發(fā)揮積極作用。本文結(jié)合北京地鐵14號(hào)線“方莊站~十里河站”盾構(gòu)區(qū)間工程實(shí)例,通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬三個(gè)方面的研究,系統(tǒng)地總結(jié)分析了盾構(gòu)施工全過程的土體擾動(dòng)和分層沉降特性和規(guī)律。主要工作和研究成果如下:1.沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)(1)通過單孔單點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)布置方法實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)施工全過程地層土體分層沉降的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。(2)從時(shí)空轉(zhuǎn)換的角度,實(shí)現(xiàn)了單孔單點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換為單孔不同深度多點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè),即充分利用時(shí)空效應(yīng),以動(dòng)態(tài)的盾構(gòu)刀盤平面位置作為參考點(diǎn),以測(cè)點(diǎn)與盾構(gòu)刀盤平面的縱向水平距離為坐標(biāo)值,將單孔不同深度測(cè)點(diǎn)與盾構(gòu)刀盤平面縱向水平距離L0相同時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取,得到與盾構(gòu)刀盤平面縱向水平距離L0時(shí),單孔不同深度的多點(diǎn)位移數(shù)據(jù)。(3)利用“盾構(gòu)施工實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)”,提出了取17環(huán)施工參數(shù)的平均值作為單一概化斷面的施工參數(shù),使用多元回歸分析對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異消除的數(shù)據(jù)處理方法,提高了“時(shí)空轉(zhuǎn)換”的可信度。2.地表沉降特征及計(jì)算方法的適用性(1)對(duì)地表沉降時(shí)程曲線及橫向沉降實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析,得到了地表沉降的變化規(guī)律。將地表沉降形成過程劃分為五個(gè)階段,其中對(duì)地表橫向沉降槽形成影響較大的兩個(gè)階段分別為盾體通過時(shí)和管片脫出盾尾后。(2)對(duì)地表沉降的橫向影響范圍進(jìn)行了分析,采用曲線擬合及單位長(zhǎng)度沉降變化量?jī)煞N方法得到了在以粘性土和頂部局部砂層的地層中,盾構(gòu)施工引起的地表橫向影響范圍取2.5i較為合理,其中i為從隧道軸線至曲線拐點(diǎn)的橫向水平距離。(3)探討了既有地表沉降計(jì)算公式的適用性以及參數(shù)取值問題。對(duì)先后行隧道地表沉降的疊加影響進(jìn)行了分析,給出了地表沉降疊加影響下最大沉降位置,并討論了后行隧道地表沉降與先行隧道相比偏小的主要原因。3.地層土體分層沉降特征及其計(jì)算模型的修正(1)總結(jié)分析了地層土體分層沉降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及其規(guī)律,研究了地層土體分層沉降形成過程的關(guān)鍵階段,結(jié)果表明,在粘性土和砂層地層情況下,地層分層沉降主要發(fā)生于隧道拱頂正上方1m的范圍內(nèi),與其上部土體相比盾體通過階段沉降比例較大,應(yīng)采取有效措施予以控制,而同步注漿對(duì)該范圍內(nèi)管片脫出盾尾階段分層沉降影響較大。(2)探討了土體擾動(dòng)區(qū)域分布現(xiàn)有模型的適用性,在此基礎(chǔ)上提出了一種新的模型用以分析盾構(gòu)施工刀盤前方土體擾動(dòng)變形分布范圍。(3)基于精細(xì)化監(jiān)測(cè)結(jié)果,提出了盾構(gòu)施工全過程擾動(dòng)范圍的分區(qū)方法,界定了各區(qū)域的具體分布范圍,將盾構(gòu)施工土層擾動(dòng)分為顯著擾動(dòng)區(qū)、擾動(dòng)過渡區(qū)和沉降影響區(qū)。(4)對(duì)先后行隧道施工擾動(dòng)區(qū)域內(nèi)地層土體分層沉降的疊加影響進(jìn)行了分析,討論了考慮疊加影響后與拱頂不同距離處土體的分層沉降規(guī)律,并給出了疊加影響下最大分層沉降的相應(yīng)位置。4.土體變形計(jì)算方法研究初探(1)分析了土壓平衡盾構(gòu)施工空隙分類,討論了影響土體變形的因素,其中盾構(gòu)施工過程土體變形的主要影響因素包括地層原始應(yīng)力狀態(tài)的改變和地層損失(實(shí)際開挖出土量多于設(shè)計(jì)理論量)。(2)基于土體不排水假定,推導(dǎo)得出了正常施工條件下盾構(gòu)推力引起的土體變形計(jì)算公式。根據(jù)盾殼摩擦力作用形式的不同,給出了對(duì)應(yīng)的三種計(jì)算模型。得到了同步注漿壓力豎向分量與水平分量分別引起的土體變形計(jì)算公式。采用matlab編制相應(yīng)程序進(jìn)行計(jì)算,分析各因素條件的土體變形規(guī)律。(3)提出了所研究土體中地層損失引起的土體變形計(jì)算二維和三維解。該計(jì)算公式考慮了土體泊松比以及土體的非等量徑向移動(dòng),能夠進(jìn)行土體沉降隨盾構(gòu)推進(jìn)的全過程計(jì)算。(4)提出了盾構(gòu)推力、盾殼摩擦力、同步注漿壓力以及地層損失四因素作用下盾構(gòu)施工地層變形計(jì)算公式。計(jì)算結(jié)果表明應(yīng)重點(diǎn)考慮盾殼摩擦力、同步注漿壓力豎向分量以及地層損失三因素對(duì)土體變形的影響。5.土體沉降數(shù)值模擬建立了考慮土壓平衡盾構(gòu)施工特點(diǎn)的土體分層沉降有限元模型,通過對(duì)比先后行隧道施工引起的土體分層沉降等值線,討論了同一深度不同施工階段以及同一施工階段不同深度土體分層沉降規(guī)律;在此基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果和數(shù)值模擬分析結(jié)論,對(duì)比兩者得到的地表沉降及地層土體分層沉降特性,結(jié)果表明數(shù)值模擬所得的沉降結(jié)果在整體趨勢(shì)上與實(shí)際情況相同,可用于對(duì)土體沉降的預(yù)測(cè),作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究的補(bǔ)充。
[Abstract]:With the rapid development of urban rail transit network , it is more and more common for subway tunnel to be close to existing buildings ( structure ) and cross construction is more and more common . ( 3 ) Based on the results of fine monitoring , the paper puts forward a new model to calculate the deformation of soil mass under normal construction conditions . ( 4 ) The calculation formula of deformation of shield tunnel under four factors of shield thrust , shield shell friction , synchronous grouting pressure and formation loss is put forward .

【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U455.43;TU433

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本文編號(hào)：1872488