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1、武汉工程大学本科毕业论文日城市地铁隧道盾构法施工地表沉降分析Cities metro shield tunneling surface subsidence analysis 学生姓名 指导教师 摘 要浅埋暗挖隧道上覆地层己无自承载能力，荷载应全部由隧道支护结构来承担，但实际上，不但是土层，即使是干砂，地层仍能形成自然载拱。大量资料表明，随着地基土层压缩模量的增加，地面沉降逐渐减小。在土层压缩模量较小时，地面沉降和水平位移受模量的变化影响很大，随着盾构外径的增大，则由盾构施工引起的单位长度的地层损失就随着增大，在相同地面沉降槽宽度的情况下，最大地面沉降也随着增大；而隧道覆土厚度越大，则最大地面
2、沉降值就会越小，但地面沉降槽宽度会越大。最大地面沉降随覆土厚度与盾构外径的比值即HD的增大而减小。土压舱压力过大，则地面隆起，压力过小，则地面产生沉降。盾构推进过程中，盾构纠偏、叩头、抬头、曲线推进等造成的超挖都会使得实际开挖面大于设计开挖面，从而引起多余的地层损失。在盾构暂停推进时，千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。由于盾构壳具有一定的厚度，为了便于管片的拼装及盾构的纠偏而在盾构壳与衬砌之间保留有一定的空隙。千斤顶推动盾构机前行时，在盾尾衬砌管片外围形成了建筑空隙，使得周围土层要填充建筑空隙而发生涌向隧道的位移而引起地面沉降。关键词：盾构; 沉降; 有限
3、元AbstractShallow Tunnels overlying strata had no self-load capacity, the load should all by tunnel supporting structure to bear, but in fact, not only the soil, even dry sand, formation can still form a natural arch out. Large amounts of data showed that with the foundation soil compression modulus
4、increases, land subsidence decreases. In the soil compression modulus is small, ground subsidence and horizontal displacement modulus changes by a great impact, with the shield diameter increases, caused by shield construction unit length increases as ground loss on in the same slot width of land su
5、bsidence in the case, along with the maximum ground subsidence increases; while the tunnel Futuhoudu larger, the smaller the maximum value of ground subsidence, but the ground subsidence trough width is greater. Maximum ground subsidence with Futuhoudu shield diameter ratio with that of H / D increa
6、ses. Earth pressure tank pressure is too large, ground uplift, the pressure is too small, ground settlement produced. Shield forward process, shield correction, kowtow, rise, curve propulsion caused overbreak will make more than the actual design of the excavation face excavation face, causing exces
7、s ground loss. Shield pause in advance, the jack may cause retraction spill shield back, so that the excavation face slump or loose soil, causing formation damage. The shield casing has a certain thickness, in order to facilitate the assembly and the shield tube sheet corrective shield case and the
8、lining in a certain gap between the retention. Jack push shield before the row, the shield tail lining segments forming the building perimeter gap, making the soil around the building to fill the gap occurred flock tunnel caused the displacement of ground subsidence.Keywords: Finite Element; Shield
9、; Settlement目 录第1章 绪论11.1 课题的目的、意义11.2 国内外研究现状21.2.1北京地铁十号线21.2.2天津地铁三号线31.2.3重庆轻轨新线一期31.2.4杭州地铁2号线31.3 课题的主要研究内容3第2章 盾构法施工地表沉降分析方法52.1 影响地表沉降的因素52.1.1地基土体特性的影响52.1.2覆土厚度H和盾构外径D的影响52.1.3土压舱压力的设定及盾构推进方向的改变52.1.4盾构后退52.1.5盾尾注浆填充率52.1.6土体挤入盾尾空隙62.1.7盾构推进速度的影响62.1.8地下水的影响62.1.9在土压力的影响62.2施工的主客观因素进行分析72.
10、2.1客观因素72.2.2主观因素72.3 盾构法施工地表沉降分析方法82.3.1经验公式法82.3.2室内模拟试验法112.3.3理论法预测12第3章 盾构法施工地表沉降的数值模拟与分析173.1 数值模拟软件介绍173.1.1 FLAC3d简介173.1.2 ANSYS简介183.2工程概况253.2数值模拟分析273.2.1计算模型建立273.2.2材料参数及材料本构关系283.2.3计算结果及分析29第4章 各种因素对地表沉降的影响分析334.1考虑不同深度的的沉降分析334.1.1计算模型建立334.1.2计算结果及分析33第5章 结论375.1.本次分析存在的不足与局限375.2结
11、论37参考文献39致谢41III第1章 绪论1.1 课题的目的、意义近年来，世界范围内的城市化水平一直呈现出不断上升的趋势，即城市数目和规模都不断增加和扩大。随着中国经济的加快发展，中国的城市化进程己大大加快，预计到21世纪中期，我国的大中城市将增加到1000多个，城市化水平将达到50以上。但是，交通拥挤已成为制约我国城市发展的突出问题，如北京市干道平均车速已比lO年前降低50以上，而且时速正以每年2km的递减速度继续下降，据统计，市区183个路口中，严重阻塞的达60。如今，发达国家己把对城市地下空间的开发利用作为解决城市人口、资源、坏境三大危机的重要措施和医治“城市综合症、实施城市可持续发展
12、的重要途径。实践表明：开发利用地下空间是提高土地利用率与节省土地资源，缓解中心城市人口密度、人车立体分流、疏导交通、扩充基础设施容量、增加城市绿地，保持城市历史文化景观，减少环境污染，改善城市生态的最有效途径【1】。发达国家解决城市“交通难”的主要措施是发展高效率的地下有轨交通，形成四通八达的地下交通网。根据预测和分析，我国特大城市的主要干道在21世纪初将达到巨大的高峰单向客流量，靠一般的公共电、汽车是不能解决的，只能选用高流量的有轨交通系统方案才行。高架道路对城市景观的影响将是很难接受的，高架线的建设往往使沿线地价贬值，而地铁沿线的地价很快增值。因此，地铁的建设将是我国21世纪城市地下空间开
13、发的重点。除己开通北京、上海、天津、广州、深圳的地铁外，正在兴建的有北京地铁、上海地铁、广州地铁、深圳地铁、南京地铁、杭州地铁、重庆地铁、长沙地铁等，此外己经国家批准和正在筹建地铁的城市有20多座，预计21世纪初至中叶将是我国大规模建设地铁的年代地铁施工是在岩土体内部进行，无论其埋深大小，施工不可避免对岩土体产生扰动，使其失去原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化，这一过程引起的岩土体变形可能影响地表建筑和已有的管线、桩基、桥墩等地下设施。隧道施工引起的地表移动与变形，尤其是在地面建筑设施密集的城市中进行隧道施工，一直是人们十分关心的问题，过大的地表沉降与变形将会严重危害地面建筑物的安全和地下管
14、线等设施的正常使用，这就要对隧道施工所引起的地表沉降提出较为可靠的预测与控制方法。过大的地表沉陷给地表房屋建筑、路面、防洪大堤等硕士学位论文为了能合理地评价由隧道施工引起的地表沉降及变形对地面建筑物、地下设施的危害以及周围环境的不良影响，国内外学者对此进行了大量的研究，也提出了许多预测方法。本文运用现有的分析方法对武汉轨道交通3号线盾构法施工模拟地表沉降分析，用于解决实际的施工问题【2】。1.2 国内外研究现状隧道施工引起地表沉降的因素很多，地表移动和变形的大小不仅与隧道的埋深、断面尺寸、施工方法、支护形式等有关，而且还受到地层条件的影响。在城市中修建地铁时，准确预测隧道开挖引起地表沉降和变形
15、非常重要，国内外学者经过大量研究，提出了一系列预测方法，主要包括经验公式法、解析法、数值模拟法以及模型试验法等。近些年来，对于浅埋暗挖地铁隧道工程，国内已建和在建的工程较多，但是对于较大跨度地铁隧道则相对较少【3】。现列举几例如下：1.2.1北京地铁十号线北京地铁十号线安定路站-：1E土城东站区间在靠近安定路站处，由于区间穿越安定路，安定路车流量比较大，并且路下管线密布，隧道穿越的土层为粉质粘土层和粉土2层，因此该段区间采用矿山法施工，设计为双连拱绀构。隧道埋深大约9m，跨度为llm，北京地铁5号线和平西桥站一北土城东路站区阃位于朝阳区樱花园西街下方，起讫里程K14+5290K15+4011，全长8721m，为双线，双线间距为148188m，洞顶埋深105m。洞身穿越粉土层、粉细砂层，地下水丰富。在渡线段内隧道断面有单洞单线、单洞双线、单洞大跨及双连拱隧道等多种型式。隧道采用浅埋暗挖法施工，地表设大口井降水，单洞最大开挖尺寸14m94m(宽高)，复合式衬砌结构，初期支护与二次衬砌间设全包防水层。北京地铁五号线东单站位于建国门内大街与
