【碩士】濕陷性黃土地層盾構(gòu)施工引發(fā)地層變形特性的研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：工學(xué)碩士　　學(xué)位授予單位：北京交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　西安地鐵是地鐵工程界首次在濕陷性黃土地層中進(jìn)行的城市地鐵建設(shè)，濕陷性黃土地層復(fù)雜性使黃土地層盾構(gòu)掘進(jìn)施工存在“問(wèn)題多，難點(diǎn)多，數(shù)據(jù)少，參數(shù)缺”。對(duì)于濕陷性黃土地層，至今盾構(gòu)施工沒(méi)有系統(tǒng)的盾構(gòu)施工技術(shù)參數(shù)，直接構(gòu)成濕陷性黃土地層盾構(gòu)施工系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)，直接影響隧道穿越西安古城墻、鐘樓、護(hù)城河的安全，直接影響隧道穿越隴海鐵路和地裂縫的安全，直接影響城市市政地下管線的安全，所以，提出“濕陷性黃土地層盾構(gòu)施工引發(fā)地層變形特性的研究”課題。　　圍繞課題研究，首先對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行研究。在大量查閱黃土資料基礎(chǔ)上，針對(duì)黃土盾構(gòu)施工，提出“濕陷性新黃土地層二元結(jié)構(gòu)”。以此作為課題基礎(chǔ)平臺(tái)，研究盾構(gòu)施工黃土地層變形規(guī)律。結(jié)合地鐵工程“西安軌道交通地鐵二號(hào)線盾構(gòu)施工沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用數(shù)值模擬計(jì)算和理論分析，得到濕陷性黃土地區(qū)盾構(gòu)施工的成果如下：　　1．濕陷性新黃土地層二元結(jié)構(gòu)　　在分析濕陷性黃土Q3、Q4地層的物理力學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上，針對(duì)地鐵隧道盾構(gòu)施工，提出“濕陷性新黃土地層二元結(jié)構(gòu)理論”，系統(tǒng)地研究黃土二元結(jié)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)、應(yīng)力路徑、本構(gòu)關(guān)系和上下元結(jié)構(gòu)位移變形的耦合。指出：新黃土二元地層結(jié)構(gòu)上元非飽和黃土結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)性黃土，具有節(jié)理性，彈性脆性破壞，在浸水情況下發(fā)生濕陷突變；下元飽和黃土類似一般的軟粘土，但仍具有濕陷性黃土的特殊性質(zhì)(高含水率、高靈敏度和低強(qiáng)度，塑性變形破壞)。黃土二元地層結(jié)構(gòu)耦合，在外力作用下上元將外力傳遞下元，下元結(jié)構(gòu)受力作用下發(fā)生彈塑性變形；上元結(jié)構(gòu)在下元變形作用下，沿自身節(jié)理裂隙發(fā)展產(chǎn)生剪切破壞。　　2．上元非飽和黃土結(jié)構(gòu)地層變形　　在新黃土上元非飽和地層中盾構(gòu)施工，與一般地層比較地層變形具有五個(gè)階段。地層沉降變形主要影響因素是地層損失、盾尾注漿黃土濕陷和固結(jié)變形。地層變形存在濕陷突變屬黃土脆性破壞；“盾尾注漿黃土濕陷"導(dǎo)致黃土濕陷9-15mm，地層損失沉降15-23mm，固結(jié)變形2-5mm。同時(shí)，擬合濕陷性黃土上元結(jié)構(gòu)盾構(gòu)施工地面沉降的修正Peck曲線，其中修正系數(shù)k是綜合系數(shù)，與地質(zhì)勘察、隧道埋深、盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)、盾構(gòu)施工水平和盾尾注漿相關(guān)，對(duì)西安黃土地層k的取值范圍k=1．30-1．45?！　?．下元飽和黃土結(jié)構(gòu)地層變形　　與上元非飽和黃土結(jié)構(gòu)相比較，下元飽和黃土盾構(gòu)施工地層變形是地層損失，不存在盾尾注漿黃土濕塌的沉降突變。在下元飽和黃土結(jié)構(gòu)盾構(gòu)施工中，在上元非飽和黃土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定區(qū)域產(chǎn)生“壓力拱”，約束下元結(jié)構(gòu)的沉降變形?！　?．掌子面穩(wěn)定狀態(tài)及其控制　　在分析施工掌子面穩(wěn)定極限狀態(tài)基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析和施工監(jiān)測(cè)，認(rèn)為在盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)施工圍巖地層存在三區(qū)(擠壓區(qū)、剪切區(qū)和松動(dòng)區(qū))?！　⊙囟軜?gòu)隧道地層基本處于彈性狀態(tài)，主要是因?yàn)辄S土的大孔隙、節(jié)理性和結(jié)構(gòu)性的結(jié)果，使黃土盾構(gòu)施工影響范圍在10-30％D。在上元非飽和黃土結(jié)構(gòu)盾構(gòu)施工時(shí)，盾構(gòu)對(duì)土體的擾動(dòng)范圍為10％D，而下元的擾動(dòng)范圍為30％D，同時(shí)考慮上元結(jié)構(gòu)的壓力拱作用?！　?

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