地铁隧道盾构施工诱发地层移动机理分析与控制研究硕士论文

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1、西安理工大学博士学位论文地铁隧道盾构施工诱发地层移动机理分析与控制研究姓名:柳厚祥申请学位级别:博士专业:岩土工程指导教师:李宁20080501摘 要学作地铁隧道盾构施工诱发地层移动机理分析与控制研究科:岩土工程者:柳厚祥指导教师:李 宁教授签 名:签 名:摘 要针对国内外地铁区间隧道盾构法施工诱发地层移动研究的现状和存在的问题,详细分析了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的影响因素以及已有盾构施工数值模拟方法的不足,进而系统研究了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的变形规律及其内在机理,为地铁工程旄工引起的工程环境问题的处治提供科学依据。论文主要完成了以下几方面的工作:1分析总结了地铁隧道盾构施工诱发地

2、层移动的机理。地铁区间隧道盾构施工诱发地层移动的机理是由地层初始应力状态的改变、施工扰动引起洞周土体的固结和次固结变形组成。盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,是地层移动的基本原因,根源是施工引起的地层损失。论文分析论证了以盾构为中心的地层移动的三维扩散分布形态与规律。2通过分析盾构施工诱发地层移动之机理,提出了反映其主要影响因素的盾构施工三维数值模拟方法:对盾构施工诱发的地层移动和地表位移情况、近距离双孔区间隧道的地层移动规律进行了系统的分析研究;探讨了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的特点和量化规律。盾构外径、地层性质(尤其是土的内摩擦角f、侧压力系数ko)

3、和注浆压力等对地层移动及地面沉降的影响最大、最为敏感,是最主要的影响因素;覆土厚度、土体的粘聚力c、盾尾空隙注浆填充率等对地层移动及地面沉降的影响比较大,是主要的影响因素;其他因素则为次要的影响因素。II西安理工大学博士学位论文3针对数值模拟试验系统分析了地铁隧道盾构施工诱发地层移动的各影响因素在非等地层损失率情况下的量化规律,提出了在非等地层损失率下能反映隧道直径D、覆土厚度H及地层物理力学参数影响的地面最大沉降预测计算公式及预测地表以下任意深度的最大沉降、沉降槽宽度系数脯半理论公式,并验证了它的正确性。4针对经典Peck公式在计算浅埋或超浅埋、双孔地铁隧道盾构施工诱发的地表变形、特别是地表

4、以下一定深度的沉降槽时存在较大的误差,本文在对经典Peek公式作了3点修正假定的基础上,通过建立一个将隧道开挖引起的地层损失集中在过隧道中心的直线上的简化计算模型,引入无量纲参数B来反应不同的隧道相对埋深和断面形状对地表沉降槽曲线的影响,采用累计概率函数推导出预测地铁隧道开挖诱发地表变形的二维和三维修正Peck公式,并通过两个工程实例验证了该修正Peek公式的正确性。 关键词:地铁,地层移动,数值模拟,机理分析,控制,隧道,盾构施工摘 要THE MECHANISM ANALYSIS AN D CONTROL OFGROUND MOVEMENTS INDUCED BY SUBWAY SHIELD

5、TUNN ELING CONSTRUCTIONSpecialty:Geotechnicai EngineeringCandidate=LIU HouxiangSupervisor=ProfLI NingAbstractDate-Signature=Signature=Based on current progress of research and existent problems of study on groundmovements caused by shield tunneling construction in metro tunnels in the world,the infl

6、uencefactorS of ground movements induced by subway shield tunneling construction and thedisadvantages of existing numerical simulation method of subway shield tunneling constructionhaye been analyzed in detailThe scientific problem on the mechanism analysis,the lawofdefonnation勰d the control technol

7、ogy of ground movements induced by subway shieldtuIuleling constnlction is studied systematicallyAnd it provides the scientific theory basis forthe design and construction of tunneling engineering and solution the correspoladingengineefing damage environment problem1The mechanism of ground movements

8、 induced by subway shield tunneling constructionis composed of the change of ground initial stress state and the consolidation and secondaryconsolidation deformation of soil around the tunnel caused by the construction disturbanceThereot is the ground loss induced by construction,thus in the process

9、 of shield machine advancing,the ground movrements show threedimensional proliferation distribution by the shield machineas the central2According to establishing a numerical simulation model,a threedimensional numeficMsireulation method which can reflect all of influence factors comprehensively is p

10、roposed tosireulate the material and load of shield tunneling construction,and to carry out nontensilestress analysis processingThe mechanism of ground movements and ground surface settlementinduCed by subway shield tunneling construction,the ground movements of small space andbi。orifice tullIlel an

11、d the separation technology have been analyzed and researched deeplyThelII西安理工大学博士学位论文量曼曾篁III一一 一IIIIII皇篡舅characteristics and laws of ground movements induced by subway shield tunneling constructiondeveloped3Due to the influence factors of ground movements induced by subway shield tunnelingconstruct

12、ion,systematic research on the quantification degree of each influence of groundmovements induced bY subway shield tunneling construction on the condition of unequalground loss ratio is carried out。Outer diameter of the shield,strata characterization(especiallythe internal friction angle of soil is

13、9、the lateral pressure coefficient of soil is k0)and pressureof grouting and SO on ale the most sensitive and the most main influence factors of groundmovements and ground surface settlementThe thickness of over-buffed layer,the cohesion of soilC and the charge ratio of grouting at the end of shield

14、 machine are the major influence factors toground movements and ground surface settlementAnd other factors are secondary influencefactors。Finally,a calculation model is established that makes the ground loss caused by metrotuRnel excavating concentrated on a horizontal line that crosses the center o

15、f the tunnelThiSmodel Can reflect the effect of different relative bury and shape of crosssection tunneling to theground surface settlement by citing a non-dimensional coefficient pOn龇basis of this model,the 2D and 3D corrected Peck formulas which are used to calculate and predict the groundmovement

16、s caused by the tunnel excavation are reasoned 0utKey Words:subway,ground movements,numerical simulation,mechanism analysis,control,tunneling,shield tunneling constructionIV独创性声明秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明:本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处,由本人承担一切相关责任本人并已经在论文作者签名:学位论文使用授权声明砩多月彳日在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩,申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者,同意授权西安理工大学拥有学位论

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