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?盾構(gòu)施工全過程地表沉降流固耦合分析

 wxiaoxiao123 2019-08-18

    盾構(gòu)法因具有較多施工優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于城市隧道建設(shè)中,但盾構(gòu)開挖不可避免地影響周圍土體變形,,主要是盾構(gòu)在不排水條件下產(chǎn)生的地層損失和擾動后的土體再固結(jié),。當(dāng)?shù)貙幼冃纬^一定范圍時,就會危及到周圍建(構(gòu))筑物和地下管線,,從而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失,,特別是太原地質(zhì)條件為富水軟弱地層, 盾構(gòu)施工擾動伴隨流固耦合效應(yīng),, 且相對缺乏施工經(jīng)驗,,因此,, 采用水土流固耦合原理分析盾構(gòu)施工過程引起土體變形具有重要意義。
    本文以太原地鐵南內(nèi)環(huán)~雙塔西街標(biāo)段為工程背景,,采用理論分析,、理論解析、正交試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,, 分析了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)引起地表沉降規(guī)律,, 且在分析過程中充分考慮流固耦合作用的影響, 利用正交試驗方法,, 為太原地鐵提供一套較為完善的盾構(gòu)推進(jìn)組合參數(shù),,同時在該參數(shù)下系統(tǒng)研究了盾構(gòu)機(jī)施工從模型始發(fā)到鋼殼完全脫出地層全過程對土體
的擾動, 提出控制地表沉降措施,, 本文主要研究內(nèi)容如下:

    (1) 總結(jié)了國內(nèi)外盾構(gòu)施工采用的研究方法,,詳細(xì)闡述了盾構(gòu)施工引起土體變形的機(jī)理和擾動范圍,推出考慮重力的非均勻注漿壓力引起最大地表沉降的解析式,,進(jìn)而表明該因素的重要性,;對現(xiàn)有的數(shù)值模擬因素進(jìn)行完善,即考慮盾構(gòu)機(jī)外殼長度,、開挖面支護(hù)壓力,、上大下小非均勻分布的注漿壓力、流固耦合作用等,,建立了更加符合實際工程的計算模型,,并通過與寧波某區(qū)間實測數(shù)據(jù)對比分析,證明考慮流固耦合模型的必要性和數(shù)值模擬的正確性,。
    (2) 通過對影響地表沉降的因素進(jìn)行規(guī)律分析,,在綜合考慮多種施工因素的條件下,擬合出地表沉降計算公式,,采用正交試驗的方法找到較優(yōu)參數(shù)的組合形式,,得出影響地表沉降的主要影響因子為注漿量。
    (3) 基于正交試驗得到較優(yōu)的組合參數(shù),,建立流固耦合模型,,選取開挖環(huán)數(shù)分別為 6 環(huán)、 12 環(huán),、 18 環(huán),、 24 環(huán)和 26 環(huán)時,通過觀察監(jiān)測斷面的位移場,、應(yīng)力場,、滲流場和塑性區(qū)的分布情況,分析盾構(gòu)推進(jìn)對土體擾動影響,, 以此掌握地表沉降全過程的發(fā)展規(guī)律以及證明所選參數(shù)的合理性,。
關(guān)鍵詞: 盾構(gòu)隧道,, 流固耦合, 全過程,, 地表沉降,, 正交試驗, 數(shù)值模擬

本論文完整地址:http://www.docin.com/p-2243004327.html

    近年來,,由于城市人口和機(jī)動車輛不斷增多,,城市面積逐漸擴(kuò)大、城市空間以不斷向上的趨勢發(fā)展,,由此,市民的生活和出行被交通擁堵,、空間擁擠,、空氣質(zhì)量等問題困擾。為了能夠緩解城市問題,、拓寬城市空間的利用率,,地鐵建設(shè)不斷興起。
    城市地鐵施工的工法有明挖法,、盾構(gòu)法,、淺埋暗挖法等,根據(jù)不同土體性質(zhì)和隧道位置選取不同方法,。明挖法適用于地面開闊,、 建(構(gòu))筑物較為稀少,但對于城市街道地面交通繁忙,,不利于明挖法施工,,淺埋暗挖法雖然可以降低對周圍環(huán)境的影響,但其適用于不含地下水的地層,,對于城市地鐵都是出于含水地層,,如果提前進(jìn)行大面積降水將會在未施工前就產(chǎn)生較大的地表沉降。盾構(gòu)法因在施工過程中不受天氣的干擾,、對土體擾動小,、施工人數(shù)少等優(yōu)點在現(xiàn)代隧道建設(shè)中廣泛采用。

    雖然盾構(gòu)法有很多優(yōu)點,,但是隧道開挖不可避免會打破初始水土壓力平衡狀態(tài),,從而使一定范圍內(nèi)的土體擾動,表現(xiàn)為地層變形和地表沉降,。地層變形的主要原因是不排水的地層損失和擾動后土體發(fā)生固結(jié)沉降和蠕變[2],。 2019 年青島地鐵 4 號線沙子口靜沙區(qū)間施工段發(fā)生坍塌,造成 5 人遇難,; 2018 年廣東省佛山市 2 號線盾構(gòu)標(biāo)段右線工地突發(fā)透水,,引起隧道和路面坍塌,,損失金額約 5323.8 萬元; 2003 年上海地鐵因大量的水和流沙的進(jìn)入通道,,引起地表沉陷,,損失經(jīng)濟(jì)約 1.5 億元, 通過對事故分析,,可知盾構(gòu)施工引起的地表沉降原因,、機(jī)理和控制措施需進(jìn)一步研究。 當(dāng)?shù)貙映两抵党^規(guī)范允許的最大變形值時,, 導(dǎo)致地表的建(構(gòu))筑物開裂,、傾斜和地下管線破壞,造成較大的人員傷亡和財產(chǎn)損失,。 盾構(gòu)穿過富水地層,,由于地下水的影響,使土體沉降過程更為復(fù)雜,,故加大盾構(gòu)過程控制變形的難度,。在隧道未施工之前,靜止水土壓力幾乎保持不變,,但當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)會破壞原始地層應(yīng)力,,應(yīng)力場重新分布引起土體的物理力學(xué)參數(shù)發(fā)生變化,特別是滲透系數(shù),,其變化就會影響滲流場,,進(jìn)而滲流力影響應(yīng)力場,兩場之間相互影響,,產(chǎn)生流固耦合問題,, 由此可見,富水地層的開挖所引起地表沉降和施工事故的風(fēng)險大大加大,。因此,,復(fù)雜的盾構(gòu)開挖所產(chǎn)生的環(huán)境問題研究很有必要

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