【摘要】：近年來,土壓平衡盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)越來越廣泛地在全國軟土地區(qū)應(yīng)用。然而軟土中盾構(gòu)隧道施工會不同程度地擾動周圍地層,進而引起地表沉降,沉降過大將危及鄰近建筑物、地下管線等的安全。軟土地區(qū)土壓平衡盾構(gòu)機在穿越重要區(qū)域過程中,優(yōu)化不同掘進參數(shù)以降低對地表沉降的影響是十分必要的。針對天津地鐵二號線建國道站至天津站盾構(gòu)掘進工程,基于盾構(gòu)機參數(shù)實測結(jié)果分析了盾構(gòu)力學(xué)掘進參數(shù)中盾殼摩擦力、掌子面壓力和刀盤扭矩與掘進速度的關(guān)系,運用模糊統(tǒng)計試驗定義了盾構(gòu)正常掘進狀態(tài)及該狀態(tài)下力學(xué)掘進參數(shù)的標準值和偏差取值范圍,建立了可考慮盾殼摩擦力、掌子面壓力和刀盤扭矩影響的三維有限元模型,分析了上述因素對周圍地層沉降、應(yīng)力歷史影響的規(guī)律,并通過空曠場地下的實測數(shù)據(jù)對計算結(jié)果進行驗證。在盾構(gòu)機正常掘進狀態(tài)下,將盾殼摩擦力、掌子面壓力和刀盤扭矩在各自取值范圍內(nèi)出現(xiàn)偏差對土體變形的影響進行分析。盾構(gòu)掘進速度不同時,各力學(xué)掘進參數(shù)的取值范圍不同;盾構(gòu)正常掘進狀態(tài)時對地表附近土體沉降影響最敏感的掘進參數(shù)是盾殼摩擦力,組合參數(shù)偏差對地表沉降的影響也是由盾殼摩擦力主導(dǎo);對隧道周圍土體沉降的影響,根據(jù)盾構(gòu)掘進階段的不同存在抵消和疊加效應(yīng);掘進速度較高時的力學(xué)掘進參數(shù)對地層變形的影響有抑制的作用;一定環(huán)數(shù)內(nèi)出現(xiàn)掘進參數(shù)偏差對地表變形的影響是隨偏差環(huán)數(shù)而線性增長的,超出一定環(huán)數(shù)后參數(shù)偏差對變形的影響趨于穩(wěn)定。以該區(qū)間盾構(gòu)掘進中的力學(xué)掘進參數(shù)出現(xiàn)偏差為底事件、以地表沉降控制為目標建立了風(fēng)險事故樹,并將以上參數(shù)化分析的沉降計算結(jié)果和盾構(gòu)機掘進參數(shù)的實測數(shù)據(jù)作為待評價指標,引入工程風(fēng)險分析方法中。針對盾構(gòu)正常掘進過程中盾殼摩擦力、刀盤扭矩、掌子面壓力和注漿壓力對周圍地表沉降影響,進行了風(fēng)險損失、風(fēng)險失效概率的定量風(fēng)險分析,最后得出了天津軟土地區(qū)的深埋盾構(gòu)在正常掘進狀態(tài)時以力學(xué)掘進參數(shù)為致險因子的風(fēng)險值分級與排序,從而對盾構(gòu)掘進引起變形的精細化控制提供參考。
[Abstract]:In recent years, soil pressure balance shield tunneling technology is more and more widely used in soft soil areas of China. However, the construction of shield tunnel in soft soil will disturb the surrounding strata to varying degrees, and then cause ground subsidence, which will endanger the safety of adjacent buildings, underground pipelines and so on. It is necessary to optimize different tunneling parameters in order to reduce the influence on surface subsidence during the process of soil pressure balance shield machine passing through important areas in soft soil area. In view of shield tunneling engineering from Jianguo Road Station to Tianjin Station of Tianjin Metro Line 2, the relationship between shield shell friction, face pressure, cutter torque and tunneling speed is analyzed based on the measured results of shield machine parameters. The standard value and deviation range of mechanical tunneling parameters in shield tunneling are defined by fuzzy statistical test, and a three-dimensional finite element model considering the influence of shield shell friction, face pressure and cutter head torque is established. The law of the influence of the above factors on the settlement and stress history of the surrounding strata is analyzed, and the calculated results are verified by the measured data of the open field underground. Under the normal tunneling condition of shield machine, the influence of shield shell friction, face pressure and cutter torque on soil deformation is analyzed. When the speed of shield tunneling is different, the range of mechanical tunneling parameters is different. The most sensitive tunneling parameter to the settlement of soil near the ground is the shield friction, and the influence of the combined parameter deviation on the surface settlement is dominated by the shield friction. According to the different stages of shield tunneling, the effect of offset and superposition exists on the settlement of soil around the tunnel, and the influence of mechanical tunneling parameters on the formation deformation is restrained when the tunneling speed is high. The effect of drift parameter deviation on surface deformation increases linearly with the number of ring deviations within a certain number of rings, and the effect of parameter deviation on surface deformation tends to be stable after the number of rings exceeds a certain number of rings. Taking the deviation of mechanical tunneling parameters in shield tunneling in this section as the base event, the risk accident tree is established with the control of surface subsidence as the target. The calculated results of the above parameterized analysis and the measured data of the tunneling parameters of shield machine are taken as the indexes to be evaluated, and the method of engineering risk analysis is introduced. In view of the influence of shield shell friction, cutter head torque, face pressure and grouting pressure on the surface settlement during the normal tunneling of shield, the risk loss and risk failure probability are analyzed quantitatively. Finally, the classification and ranking of the risk value of the deep buried shield in Tianjin soft soil area with mechanical tunneling parameters as the risk factors are obtained, which provides a reference for the fine control of the deformation caused by shield tunneling.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U455.43

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