软弱地层盾构下穿通道的变形规律与掘进参数优化

作     者：袁霄雷 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李新平

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：盾构掘进 扰动机理 复合地基等效模量 位移控制法 掘进参数优化 

摘      要：盾构法以其扰动小,施工过程可控,掘进速度快等特点成为城市地下隧道建设的首要选择。盾构施工对地表的扰动变形不可避免,特别是穿越软弱地层时,若盾构施工参数选择不当,会导致地面沉降超标、地表塌陷及地面建构筑物损坏等事故,危害人民生命财产安全。研究盾构掘进扰动规律、优化盾构施工参数、主动控制地表变形是避免地铁建设损坏城市市政设施与建构筑物安全的重要一环。本文以福州地铁5号线为工程研究背景,针对长距离平行盾构穿越地下通道问题,采用理论和数值计算研究旋喷桩加固复合地基的等效变形参数,根据盾构结构及工艺特征,提出了盾构掘进扰动效应的数值模拟计算方法,研究并优化了盾构施工参数,论文主要工作如下:(1)根据土压平衡盾构的工作原理,总结分析了盾构施工时的地层扰动机理,探究了盾构掘进过程中开挖面受力的不同状态、盾构推进方向地表沉降的阶段性特征、开挖面的稳定性控制方法、掘进对上部地层及地表的影响。(2)针对盾构掘进计算模型中复合地基力学参数取值的问题,基于桩土应力传递机制,提出了一种基于复合地基等效变形模量的计算方法,与传统面积置换法、弹性力学解析法及数值分析法等进行了对比研究;通过数值模拟平板载荷试验研究了群桩效应对复合地基等效模量的影响。(3)根据软弱地层填充盾构工艺空隙引发周边土体变形的原理,提出了一种控制隧道周边位移量化模拟盾构隧道径向变形的方法,通过工程实例与传统应力释放法进行了对比分析验证。在此基础上,分别采用桩-土实体单元模型、复合地层等效模型对比分析了沉降变形空间分布形态,采用PECK公式拟合了横向沉降槽曲线。(4)通过三维盾构掘进分析,研究了掘进过程中施工参数对地表最大沉降的影响关系,提出了优化的盾构掘进施工参数。