城市地鐵隧道穿越鄰近橋梁的工程日趨增多,若施工不當(dāng),易造成橋梁不均勻沉降等問題,影響橋梁的安全使用。盾構(gòu)法以其安全、高效及不影響地面交通等優(yōu)點(diǎn)在隧道施工中得到了廣泛應(yīng)用。目前對盾構(gòu)隧道施工過程及施工參數(shù)的研究較少,且大多采用M-C模型進(jìn)行模擬,對位移場的預(yù)測存在較大的誤差。小應(yīng)變硬化土(HSS)模型可以同時(shí)考慮土體剪切硬化和壓縮硬化,而且還可以考慮土體剪切模量在微小應(yīng)變范圍內(nèi)隨應(yīng)變衰減的行為,因此,HSS模型在隧道施工數(shù)值分析中具有更好的適用性。本文緊密依托濟(jì)南軌道交通R1線盾構(gòu)隧道下穿京滬高鐵橋典型工程,采用HSS模型,利用土工試驗(yàn)獲得的參數(shù),著重從土倉壓力、注漿壓力、千斤頂推力等施工角度研究盾構(gòu)隧道近距離下穿橋梁時(shí)的位移場演變機(jī)理及橋梁的過程響應(yīng),并提出控制措施,為日后類似穿越工程提供一定的參考。本文主要開展了以下工作:(1)在搜集文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)分析了地鐵盾構(gòu)隧道的施工特點(diǎn)及其主要施工參數(shù)變化對周圍環(huán)境的影響;對比各本構(gòu)模型在隧道施工分析中的應(yīng)用,表明HSS模型的預(yù)測結(jié)果和實(shí)測值更加接近,其在隧道施工數(shù)值模擬上有更好的適用性;(2)依據(jù)由土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)文獻(xiàn)確定的試驗(yàn)方案,量測了濟(jì)南軌道交通穿越典型粉質(zhì)黏土地層的HSS模型的強(qiáng)度參數(shù)(有效粘聚力c'和有效內(nèi)摩擦角?')和剛度參數(shù)(參考割線模量E_(50)~(re) ~f,參考卸載再加載模量E_(ur)~(re) ~f,參考切線模量E_(oe)~(re) _d~f),并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式獲得了剪脹角?、冪指數(shù)m、泊松比?_u _r、參考應(yīng)力p~(ref)、破壞比R_f、側(cè)壓力系數(shù)K_0、參考初始剪切模量G_0~(re) ~f、剪應(yīng)變?_(0.7)等8個(gè)參數(shù)的取值,為盾構(gòu)隧道施工數(shù)值模擬奠定了基礎(chǔ);(3)采用有限元分析方法,對R1線盾構(gòu)隧道下穿京滬高鐵初始施工方案進(jìn)行模擬。結(jié)果表明:該方案對地層擾動(dòng)較大,橋梁沉降超過控制標(biāo)準(zhǔn);(4)采用有限元分析方法,在初始施工方案基礎(chǔ)上施加隔離樁進(jìn)行橋梁保護(hù),并著重從土倉壓力、注漿壓力、千斤頂推力等施工角度研究盾構(gòu)隧道近距離下穿橋梁時(shí)位移場的演變機(jī)理及橋梁的過程響應(yīng);(5)將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)相比較,驗(yàn)證了HSS模型在隧道施工模擬中的可靠性;(6)結(jié)合文獻(xiàn)資料及模擬結(jié)果,對濟(jì)南軌道交通穿越典型粉質(zhì)黏土地層時(shí)的土倉壓力、注漿壓力、千斤頂推力等施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并提出控制措施及建議。
【學(xué)位單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U455.4
【部分圖文】：

主要體現(xiàn)在：（1）保證盾構(gòu)隧道安全施工的同時(shí)，加快了施工進(jìn)度；（2）盾構(gòu)推進(jìn)、渣土排出以及管片拼裝和注漿等過程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；（3）通過合理的施工控制，可以減小盾構(gòu)隧道穿越對既有建（構(gòu)）筑物、管道的影響。隨著軌道交通項(xiàng)目的持續(xù)建設(shè)，地鐵線路覆蓋面越來越廣，工程建設(shè)所面臨的也日益復(fù)雜�？傮w來說，復(fù)雜的周邊環(huán)境可分為兩類：一類是地上建（構(gòu)）筑屋、橋梁、鐵路等；一類是地下建（構(gòu)）筑物，如各種地下管線、箱涵、已建等。由于其復(fù)雜性，一旦發(fā)生事故，往往會對周邊建筑物、橋梁、道路、煤氣造成嚴(yán)重破壞，經(jīng)濟(jì)損失重大，甚至將影響社會穩(wěn)定。大量的工程實(shí)踐表明[2]構(gòu)施工技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但盾構(gòu)施工仍然不可避免地會對周圍環(huán)境產(chǎn)生擾動(dòng)層位移，從而使周邊建筑物、橋梁等產(chǎn)生不均勻沉降。因此，既對周邊建（構(gòu)行保護(hù)，又確保工程的質(zhì)量和安全已經(jīng)成為現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。

圖 2.1 垂直盾構(gòu)掘進(jìn)方向的地層變形示意圖方向的地層變形規(guī)律起的地層變形與地質(zhì)條件、盾構(gòu)機(jī)種類及施工工況有很大移變化可分為五個(gè)階段[53]。達(dá)前的變形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)隧道開挖面距建（構(gòu)）筑物面開始沉降。因?yàn)槎軜?gòu)開挖使土體應(yīng)力釋放，進(jìn)而引起建降。達(dá)時(shí)的變形。這是由于盾構(gòu)開挖面的擠壓作用或土體的構(gòu)機(jī)的土倉壓力低于實(shí)際土壓力時(shí)，會造成建（構(gòu)）筑生隆起。過時(shí)的變形。盾構(gòu)隧道在通過建（構(gòu)）筑物時(shí)，由于開方向的位移，從而發(fā)生地層變位和建（構(gòu)）筑物變形。除附加變形。

確的參數(shù)是 HSS 模型能夠得出更符合實(shí)際的結(jié)果的重要保證，因此得尤為重要。本章主要介紹了 HSS 模型參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式以及室內(nèi)土模型參數(shù)的試驗(yàn)方案，并著重介紹了強(qiáng)度參數(shù)和剛度參數(shù)的確定方法問題的理論分析和數(shù)值模擬提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。型簡介型，Schanz[60]發(fā)展出了可以模擬不同類型土體力學(xué)行為的 HS 模型。它排水試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上建立起來的，其在三軸固結(jié)排水試驗(yàn)主加載條系由 Brinkgreve[61]提出，如圖 3.1 所示。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2853038