考虑地层滑裂的浅埋隧道地表沉降预测及施工方案评价

作     者：赵俊伟 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：戚蓝;王浩

授予年度：2022年

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：浅埋隧道 地层滑裂 Peck公式 数值模拟 施工方案 

摘      要：随着城市现代化进程的加快,地下工程进入高速建设期。城市地下工程多处于人流和车流量较大的区域,面临的安全风险高,其工程建设难度和进度受到地质条件以及周边环境的影响。地下隧道暗挖施工时总是不可避免地扰动地层造成地面沉降、以至于造成地面、管线、建筑物的破坏,发生地层整体塌陷、突发性塌方等安全事故。根据现场监测的情况,地表的变形沉降与地层滑裂面的形状往往存在一致性,因此,有必要研究浅埋隧道开挖引起的地表沉降规律和预测方法,同时研究浅埋隧道的开挖方案对地表沉降规律与地层滑裂面的影响。基于此,主要研究内容及成果如下:(1)提出考虑地层滑裂的地表沉降槽宽度系数修正公式。通过分析隧道开挖引起的地层滑裂特征,研究滑裂面参数对地层变形影响,建立地表沉降槽公式与地层滑裂理论之间的联系,提出地表沉降槽宽度系数的修正公式。结果表明:一般浅埋情况下,沉降槽宽度K与地层内摩擦角φ满足近似线性关系,这一规律可通过实测资料得到验证。(2)揭示交叉中隔墙(CRD)法施工过程的地表沉降规律与地层滑裂特征。依托深圳地铁浅埋隧道工程,对隧道CRD法施工的全过程进行三维仿真分析,研究施工全过程的地层变形规律地层滑裂特征,并将模拟结果与现场监测数据进行对比分析。结果表明:双层隧道采用CRD法施工过程中,地表和拱顶沉降分别经历了微小变形期、急剧变形期与变形稳定期等多个阶段,其中在上、下洞室开挖阶段沉降变化最为明显,中隔墙可以起到减跨的作用。隧道施工结束后,地表沉降呈正态分布,地层滑裂角略大于修正公式的结果,表明CRD法可以控制降低地表沉降槽的宽度,减小对地表沉降的影响范围。(3)建立浅埋隧道施工方案的评价方法。在考虑地表沉降与地层滑裂的基础上,设计不同的施工方案,研究浅埋隧道采用不同方案对地表沉降以及地层滑裂的影响,结果表明:中隔墙对地表和拱顶沉降以及滑裂角的控制方面起到关键作用,可以将地表最大沉降值减小30%左右,且能降低施工对地表沉降的影响范围。在兼顾安全和进度的前提下,CRD简易法可作为本工程的最优施工方案。