【摘要】：隨著地下工程的快速發(fā)展,人工凍結法憑借其良好的止水性能、支護穩(wěn)定、形式靈活等優(yōu)點,現(xiàn)已成為地鐵盾構始發(fā)工程中常用的加固技術。盾構始發(fā)是盾構施工過程中最重要的過程之一,也是地鐵隧道建設過程中事故多發(fā)環(huán)節(jié)。若水平凍結加固強度不足,鑿除洞門墻體時容易出現(xiàn)涌水、涌沙現(xiàn)象,嚴重的會引起工程事故,若加固強度過高,不但造成浪費,還會使盾構機掘進困難。因此,研究盾構始發(fā)凍結加固工程中溫度場的形成與發(fā)展狀況以及加固土體穩(wěn)定性就顯得十分重要�；谏鲜鰡栴},本文結合福州地鐵2號線西洋站盾構始發(fā)水平凍結工程,通過理論計算、數(shù)值分析、現(xiàn)場實測等方法,對飽和軟土地層盾構始發(fā)人工凍結加固機理及其穩(wěn)定性進行了較為系統(tǒng)的研究,主要研究內容如下:(1)通過分析影響土體物理力學性質的各種因素,總結未凍土及凍土的熱物理性質和凍土力學性質的計算方法,根據(jù)計算公式及現(xiàn)場試驗給出了福州地鐵凍結范圍內土體的熱物理參數(shù)和力學參數(shù),并研究了凍土與凍結溫度場的形成與發(fā)展,為數(shù)值模擬奠定基礎。(2)建立了凍結溫度場的計算模型,將部分實測結果與數(shù)值模擬進行對比分析,認為數(shù)值模擬能夠較好的反映溫度場的真實情況,利用有限元分析溫度場的發(fā)展情況是可靠的,另外,分析了凍結溫度場隨時間的發(fā)展規(guī)律,認為積極凍結30天后水平凍結壁杯底厚度可達3.7m,平均溫度達-17.8℃,杯壁厚度同樣可以達到設計要求。(3)利用板塊強度設計理論反推凍結壁的安全系數(shù)為3.157,建立了盾構始發(fā)端頭土體穩(wěn)定性分析模型,利用有限元強度折減法分析了凍結前端頭土體的初始穩(wěn)定系數(shù)及土體變形規(guī)律,分析認為凍結前端頭土體的穩(wěn)定系數(shù)趨近于0.758,土體抗剪強度較高時洞口上部可形成塌落拱,發(fā)生局部破壞,隨抗剪強度的減小,塑性破壞區(qū)不斷向地表延伸。(4)理論計算凍結后端頭土體的安全系數(shù)為3.157,大于有限元模擬值2.564,分析認為是板塊強度設計理論將端頭土體所受梯形側向水土壓力簡化為均布荷載,導致受力情況與實際不符所引起的,用于實際工程中可能偏于危險,易引發(fā)工程事故。(5)增加凍結壁杯底厚度對減小端頭土體位移場與應力場具有積極作用,厚度在1.5m～2.5m時影響最為明顯,隨后逐漸變緩,凍結壁杯底厚度為3m時可以滿足強度與變形要求,凍結壁杯壁厚度對地層位移場和應力場的影響較小,以增加凍結壁杯壁厚度來提高端頭土體穩(wěn)定性作用不明顯。(6)通過對凍結溫度場進行信息化監(jiān)測及現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)研究,較為全面地揭示了凍結溫度場的變化規(guī)律,實測分析認為凍結壁的發(fā)展?jié)M足設計要求且與連續(xù)墻膠結情況良好,數(shù)值模擬與現(xiàn)場實測分析結果吻合良好,數(shù)值模擬能夠全面而準確的反映凍結溫度場的發(fā)展。
【學位授予單位】：福建工程學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U455.43;U231.3
【圖文】：

荷蘭教授Ｄｅｌｆｔ邋（２００１）邋｜５１］也認為在成層地基條件下利用上述計算模型研宄泥水盾構逡逑與土壓盾構工作面的極限支護壓力是可行的。逡逑日本關于盾構始發(fā)端頭土體的滑移失穩(wěn)破壞形式一般按照圖１－２所示進行研宄，根據(jù)逡逑隧道埋深條件的不同，一共假定了三種滑移模式，我國部分專家學者發(fā)現(xiàn)，上海等一些軟逡逑土地區(qū)的盾構隧道工程實例滿足圖中（１）、（２）所示的滑移形式與埋深條件。逡逑（１）Ｈ／Ｄ＜１．５邐（２）１．５＜Ｈ／Ｄ＜４邐（３）４〈Ｈ／Ｄ逡逑圖１－２日本洞口土體穩(wěn)定性計算模型逡逑國內學者徐東、周順華等針對上海粘土進行了離心模型試驗，并對其成拱能力進行總逡逑計分析，指出雙線開挖隧道，在無支護情況的情況下，若要形成穩(wěn)定的天然拱結構，覆蓋逡逑土層厚度必須達到１２ｍ以上。逡逑賴劍明、白云等（１９９４）邋［５２］利用有限元軟件建立三維數(shù)值模型，對洞口土體進行非線逡逑７逡逑

加主動滑移線。淺埋條件下的盾構隧道大多滿足此范圍；（２）若Ｈ／Ｄ＞２．５，則洞口土體逡逑表現(xiàn)為要求即可。對于直徑較小的市政頂管工程一般滿足此范圍；（３）若１．４＜邋Ｈ／Ｄ邋＜邋２．５，逡逑則洞門土體的滑移失穩(wěn)狀態(tài)如圖１－３邋（１）所示，其滑移失穩(wěn)破壞線以到達地表，但圓弧尚逡逑在主動滑移線范圍以內。逡逑ＦＩＺＦ逡逑（１）Ｈ／Ｄ＜１．４邐（２）１．４〈Ｈ／Ｄ＜２．５邐（３）２．５＜Ｈ／Ｄ邐＇逡逑圖１－３上海等軟土地區(qū)洞口邋土體破壞模式逡逑同時，賴劍明、白云等（１９９４）邋［５２］認為地面破壞線形狀近似為橢圓形，長軸為縱向，逡逑短軸為橫向，如圖１－４所示。此外，還發(fā)現(xiàn)洞門埋深越大，地表破壞線就越扁長，而對于逡逑局部破壞形式無破壞線輪廓。逡逑▲邋ｙ邋（縱軸）逡逑０邐ｘ（橫軸）逡逑圖１－４地面破壞界線示意圖逡逑孫振川（２００３）［５３］結合國內盾構進出洞工程實踐介紹了軟土地區(qū)端頭土體的加固原則，逡逑并從彈性力學的角度對加固土體的強度和穩(wěn)定性進行了驗算。逡逑秦建設等（２００５）邋［５４］通過大變形有限差分法對工作面的變形與穩(wěn)定問題進行了數(shù)值模逡逑擬分析，將工作面支護壓力與隧道圍巖變形的相互關系分為不敏感、敏感和破壞失效三個逡逑階段。通過實驗表明，當工作面支護壓力不足時所引起的地面橫向沉降槽符合Ｐｅｃｋ提出逡逑８逡逑

加主動滑移線。淺埋條件下的盾構隧道大多滿足此范圍；（２）若Ｈ／Ｄ＞２．５，則洞口土體逡逑表現(xiàn)為要求即可。對于直徑較小的市政頂管工程一般滿足此范圍；（３）若１．４＜邋Ｈ／Ｄ邋＜邋２．５，逡逑則洞門土體的滑移失穩(wěn)狀態(tài)如圖１－３邋（１）所示，其滑移失穩(wěn)破壞線以到達地表，但圓弧尚逡逑在主動滑移線范圍以內。逡逑ＦＩＺＦ逡逑（１）Ｈ／Ｄ＜１．４邐（２）１．４〈Ｈ／Ｄ＜２．５邐（３）２．５＜Ｈ／Ｄ邐＇逡逑圖１－３上海等軟土地區(qū)洞口邋土體破壞模式逡逑同時，賴劍明、白云等（１９９４）邋［５２］認為地面破壞線形狀近似為橢圓形，長軸為縱向，逡逑短軸為橫向，如圖１－４所示。此外，還發(fā)現(xiàn)洞門埋深越大，地表破壞線就越扁長，而對于逡逑局部破壞形式無破壞線輪廓。逡逑▲邋ｙ邋（縱軸）逡逑０邐ｘ（橫軸）逡逑圖１－４地面破壞界線示意圖逡逑孫振川（２００３）［５３］結合國內盾構進出洞工程實踐介紹了軟土地區(qū)端頭土體的加固原則，逡逑并從彈性力學的角度對加固土體的強度和穩(wěn)定性進行了驗算。逡逑秦建設等（２００５）邋［５４］通過大變形有限差分法對工作面的變形與穩(wěn)定問題進行了數(shù)值模逡逑擬分析，將工作面支護壓力與隧道圍巖變形的相互關系分為不敏感、敏感和破壞失效三個逡逑階段。通過實驗表明，當工作面支護壓力不足時所引起的地面橫向沉降槽符合Ｐｅｃｋ提出逡逑８逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2743284