【博士】交叉隧道盾構施工作用機理與沉降計算控制研究【2010】

內容簡介

　　學科專業(yè)：工程力學　　授予學位：博士　　學位授予單位：中山大學　　學位年度： 2010年　　地鐵隧道的交叉穿越已成為當前城市建設中的熱點議題，也是地下工程研究中的前沿課題之一。交叉隧道盾構施工是盾構、土體及既有結構三者共同作用的問題，交叉隧道盾構施工引起地層的位移將會引起鄰近既有結構的變形，甚至造成災害；而既有結構通過改變土體的位移場對盾構施工產生影響；并且在各種影響因素變化的作用下，交叉隧道盾構施工對既有結構的擾動也隨之變化。目前對交叉隧道盾構施工作用機理還沒有進行深入系統(tǒng)的研究，涉及復合地層中的交叉隧道盾構施工擾動影響研究較少；交叉隧道盾構施工與鄰近建筑物的相互作用機理還沒有完全弄清楚；常用的分析既有隧道沉降變形的有限元法，由于合適的土體本構關系和計算參數難于準確確定，使其應用受到限制，發(fā)展新的計算方法以預計隧道下穿施工引起的既有隧道變形，對于正確評價既有隧道所受影響是十分必要的。為此，本文對交叉隧道盾構施工與周圍環(huán)境相互作用機理與沉降計算控制進行了深入研究。開展了考慮不同影響因素變化時的交叉隧道盾構施工對既有隧道擾動的三維數值模擬研究，探討了交叉隧道盾構施工對既有隧道擾動的量化規(guī)律；并將隨機介質理論引入到交叉隧道盾構施工引起的既有隧道沉降計算中，建立了既有隧道沉降計算模型；開展了交叉隧道盾構施工與鄰近建筑物的相互作用研究。本研究不僅可以豐富地下空間和巖土力學相關理論與方法，而且，可為交叉隧道的設計與施工提供理論依據，也為地下空間開發(fā)利用提供十分有價值的理論指導。　　本文主要取得以下研究成果：　　1．基于交叉隧道盾構施工力學作用機理，對交叉隧道盾構施工與周圍環(huán)境的相互作用機理進行了理論研究，分別探討了交叉隧道盾構施工與既有隧道的相互作用機理以及交叉隧道盾構施工與鄰近建筑物的相互作用機理。　　2．基于交叉隧道盾構施工引起的地表及既有隧道沉降隨盾構掘進的變化曲線，研究了盾構隧道下穿施工擾動的時間及空間效應，下穿施工的時間效應表現在新建隧道盾構進入下穿影響區(qū)域前、盾構進入下穿影響區(qū)域時、盾構通過下穿點、盾尾空隙沉降及后續(xù)沉降五個不同的交叉隧道盾構施工階段；交叉隧道盾構施工的空間效應主要與隧道覆土厚度、間距及交叉角度有關?！　?．在交叉隧道盾構施工影響因素分類研究的基礎上，利用盾構施工動態(tài)過程的三維有限元模擬方法，開展了各種影響因素變化的情況下，交叉隧道盾構施工對既有隧道沉降影響的三維有限元模擬研究，探討了交叉隧道盾構施工對既有隧道擾動的量化規(guī)律?！　?．基于沿海地區(qū)地鐵建設多在復合地層中施工的特點，建立了近似均一地層、上軟下硬地層和長距離硬巖段三類復合地層盾構施工的地質概化模型，研究了不同的復合地層類型對交叉隧道盾構施工擾動影響，進而提出了復合地層中盾構推進技術措施?！　?．基于交叉隧道盾構施工引起的既有隧道變形特征，引入隨機介質理論，建立了既有隧道沉降計算的隨機介質模型，通過反分析方法確定了模型基本參數，利用MATLAB編程計算既有隧道沉降，并通過工程實例驗證了該模型的可靠性；基于交叉隧道盾構施工沉降控制關鍵問題，研究了相應的沉降控制措施?！　?．在鄰近不同位置建筑物工況下的交叉隧道盾構施工三維有限元模擬的基礎上，研究了交叉隧道中新、舊隧道、土體和建筑物四者之間的相互作用，探討了交叉隧道盾構施工與鄰近建筑物的相互影響規(guī)律和范圍。在此基礎上，提出了減少建筑物沉降措施?！　?

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