盾構(gòu)隧道沉降數(shù)值模擬

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1、致謝本論文的工作是在我的導(dǎo)師侯永峰老師的悉心指導(dǎo)下完成的，侯永峰老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響，一言不足以表達(dá)我對(duì)侯老師的感激之情。兩年多來(lái)，在侯老師的親切關(guān)懷和諄諄教導(dǎo)下，我取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，侯老師是一位值得尊敬的良師，更是一位盡力幫助和關(guān)懷我的益友，在此衷心感謝兩年來(lái)侯老師對(duì)我的關(guān)心和指導(dǎo)。周江天、李名淦兩位工程師幫助下我完成了前期的科研工作，在學(xué)習(xí)上和生活上都給予了我很大的關(guān)心和指導(dǎo)，在此向周江天、李名淦兩位工程師表示衷心的謝意。在實(shí)驗(yàn)室工作及撰寫(xiě)論文期間，李承輝、張?jiān)奴@、李健等同學(xué)對(duì)我論文中的模型方案以及

2、英文資料的查寫(xiě)方面的研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)我的感激之情。另外也感謝家人及身邊的朋友，他們的理解和支持使我能夠在學(xué)校專(zhuān)心完成我的學(xué)業(yè)。緒論1．1選題背景1緒論盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，因盾構(gòu)施工引起的周?chē)ㄖ锏膿p壞也在減輕，但是盾構(gòu)施工還是會(huì)不可避免地引起地層的擾動(dòng)，引起地層變形及地面沉降，特別是在軟土盾構(gòu)隧道中尤甚。擾動(dòng)導(dǎo)致土體強(qiáng)度和壓縮模量的降低將引起長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的固結(jié)和次固結(jié)沉降。當(dāng)?shù)貙幼冃纬^(guò)一定范圍時(shí)，就會(huì)危及臨近建筑物和地下管網(wǎng)的安全，引起一系列的環(huán)境巖土問(wèn)題。由此可見(jiàn)，就盾構(gòu)施工對(duì)

3、周?chē)貙拥臄_動(dòng)機(jī)理的研究具有重大的意義。了解盾構(gòu)開(kāi)挖中的地基變位現(xiàn)象并研究其預(yù)測(cè)方法，主要有兩個(gè)目的：其一是預(yù)先掌握盾構(gòu)施工對(duì)臨近建筑物的影響，以采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧浩涠歉鶕?jù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)結(jié)果判斷施工的優(yōu)劣，并改進(jìn)施工方法。第一個(gè)目的即是要事先預(yù)測(cè)盾構(gòu)施工對(duì)施工環(huán)境和臨近已建建筑的影響，并且提出滿足周?chē)h(huán)境和已建建筑要求的施工措施。而第二個(gè)目的是在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)盾構(gòu)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并依據(jù)監(jiān)控結(jié)果判斷施工措施是否合理，調(diào)整施工措施，提高工程質(zhì)量。綜合國(guó)內(nèi)外若干成功經(jīng)驗(yàn)，可認(rèn)為造成地表沉降的主要原因是盾構(gòu)法施工過(guò)程中產(chǎn)生的地層損失引起地層移動(dòng)。再進(jìn)一步

4、分析，盾構(gòu)開(kāi)挖中地基變位的表現(xiàn)方式因盾構(gòu)直徑和覆土情況，地基狀況的現(xiàn)場(chǎng)條件及盾構(gòu)施工狀況而不同。具體來(lái)說(shuō)引起地層變位的有以下8個(gè)方面的因素【11。1．開(kāi)挖表面土體的移動(dòng)。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，如果出土速度過(guò)快而推進(jìn)速度跟不上，開(kāi)挖面土體則可能出現(xiàn)松動(dòng)和崩塌，破壞了原來(lái)地層應(yīng)力平衡狀態(tài)，導(dǎo)致地層沉降或隆起；盾構(gòu)機(jī)的后退也可能使開(kāi)挖面塌落和松動(dòng)引起地層損失而產(chǎn)生地表沉降。2．用降水疏干措施時(shí)，土體中有效應(yīng)力增加，引起土體固結(jié)變形。3．土體擠入盾尾空隙。主要原因是因壓漿不當(dāng)，使盾尾后部隧道周邊土體向盾尾坍塌產(chǎn)生地層損失，引起地層沉降。4．盾構(gòu)推進(jìn)方向的改

5、變．盾尾糾偏．仰頭推進(jìn)．曲線推進(jìn)都會(huì)使實(shí)際開(kāi)挖面北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文形狀偏大于設(shè)計(jì)開(kāi)挖面，而引起地層損失。5．殼移動(dòng)與地層間的摩擦和剪切作用，引起地層損失。6．土體受施工擾動(dòng)的固結(jié)作用。其中持續(xù)次固結(jié)沉降往往要持續(xù)幾年，在軟土中它所占的沉降量的比例甚至高達(dá)35％以上。7．隨盾構(gòu)推進(jìn)而移動(dòng)的J下面障礙物，使地層在盾構(gòu)通過(guò)后產(chǎn)生空隙又未能及時(shí)注漿。8．在水壓力的作用下隧道襯砌產(chǎn)生變形，會(huì)引起小量的地層損失。綜合多年來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以得出：盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中引起的地層移動(dòng)的因素有盾構(gòu)直徑、埋深、土質(zhì)、盾構(gòu)施工情況等。其中隧道線形、盾構(gòu)外徑、埋深等

6、設(shè)計(jì)條件和土的強(qiáng)度、變形特性、地下水位分布等地質(zhì)條件，屬于客觀因素；而盾構(gòu)的形式、輔助施工方法、襯砌壁后注漿、施工管理等情況，則屬于主觀因素。1．2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀盾構(gòu)隧道施工引起地表沉降的預(yù)測(cè)與控制研究是地下工程學(xué)科的重要應(yīng)用和研究方向。30多年來(lái)，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和理論分析基礎(chǔ)上，眾多學(xué)者對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)引起的孔隙水壓力、土壓力及其它力學(xué)性質(zhì)的變化作了深入研究，并提出了許多計(jì)算地表沉降的數(shù)學(xué)模型。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬分析方法在盾構(gòu)施工引起地表沉降的研究中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1．2．1土體力學(xué)性質(zhì)變化的研究Rowe和Lee通過(guò)實(shí)測(cè)和理論分析

7、發(fā)現(xiàn)應(yīng)力路徑會(huì)對(duì)土體彈性模量產(chǎn)生根本性影響。針對(duì)這一理論，易宏偉、孫均分析了盾構(gòu)施工過(guò)程中相對(duì)于盾構(gòu)不同位置處土體經(jīng)歷的應(yīng)力路徑，對(duì)盾構(gòu)隧道周?chē)鷶_動(dòng)土體分為4個(gè)區(qū)‘21，如圖2．1所示。建議將土體比貫入阻力和孔隙水壓力變化作為評(píng)價(jià)土體擾動(dòng)范圍與程度的指標(biāo)，數(shù)值計(jì)算中參數(shù)選擇應(yīng)考慮到應(yīng)力路徑的影響。2緒論———碾歷9／／／＼。。，，，77＼，一7＼?．、／、，、，、／、，、，、，、，、，、／、、、．三．卸荷擾動(dòng)區(qū)、’’?一／、、二【一二∑公(b)，／，．／四．卸荷擾動(dòng)巨二．剪切擾動(dòng)區(qū)圖1．1盾構(gòu)施：r擾動(dòng)分區(qū)劉建航，侯學(xué)淵總結(jié)了盾構(gòu)隧道施工

8、引起的孔隙水壓的變化。盾構(gòu)隧道周?chē)馏w受到盾構(gòu)施工擾動(dòng)后，便在盾構(gòu)隧道周?chē)纬沙紫端畨毫^(qū)(正或負(fù))。一般當(dāng)盾構(gòu)在推入某處地層后，盾構(gòu)周?chē)某紫端畨毫θ鐖D1．2所示分布。當(dāng)盾構(gòu)離開(kāi)該處地層