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土压平衡矩形顶管施工引起的地面变形研究
| 论文题名： | 土压平衡矩形顶管施工引起的地面变形研究 |
| 关键词： | 顶管施工;土压平衡;注浆填充;地面变形;土体沉降;隧道工程 |
| 摘要： | 近年来，矩形顶管技术已开始广泛运用于地下通道、下穿城市道路隧道、地下共同沟和城市地下商业空间开发等工程中，采用矩形顶管技术修建的地下工程具有断面面积利用率高、不中断地面道路交通、避免各类地下管线的拆迁等优点，代表着未来城市中短隧道和地下工程修建技术的发展方向。 本文以南宁市轨道交通1号线南湖站I号过街通道矩形顶管施工为背景，分析了施工过程中的地面沉降规律，介绍了运用 Mindlin解、随机介质理论预测顶管施工过程中由附加推力、侧摩阻力、地层损失引起的地面三维变形计算方法，得出了在注浆压力作用下，隧道周围土体横向膨胀变形要大于竖向变形的结论，并基于随机介质理论推导了由注浆引起的土体三维膨胀变形计算公式，运用MIDAS-GTS有限元软件模拟了顶管施工过程，并对模型的有效性进行了验证，基于数值模型分别研究了开挖面支护压力、侧摩阻力、隧道区域地层特性对地面变形的影响，以及路面结构层对路面沉降变形的影响。 通过以上研究工作得到以下结论和成果： （1）在顶管施工阶段，侧摩阻力和土舱超压状态都会引起前方土体隆起，后方沉降，附加应力引起的位移是关于开挖面上方地面一点呈中心对称，而侧摩阻力则是关于隧道中部断面对称； （2）在顶进过程中顶管受到的侧摩阻力越大，靠近始发端的土体沉降越大，靠近接收端的土体沉降越小，但侧摩阻力对地面的总变形影响较小，由此说明先行隆起对于沉降有一定的抵消作用； （3）在正常顶进过程中，测点的最大隆起约在工作面即将抵达前约0.5D时，最大沉降出现在工作面通过后约D时，最终沉降不一定是最大沉降； （4）考虑隧道周围土体的初始应力场，提出了矩形顶管施工中注浆引起的周围土体横向变形大于竖向变形，推导了由注浆填充引起土体竖向变形的计算方法，从计算结果得出，注浆可以有效的补偿地层损失减少最终沉降量； （5）不同地层条件下由顶管施工引起的地面变形规律不同，相较于其他地层条件，上硬下软复合地层更有利于保持开挖面的稳定，而上软下硬地层的顶管施工适用性最差； （6）沉降槽形态随着路面结构层模量或厚度的增大，由“深而窄”变化为“浅而宽”，在结构层模量或厚度不断增大的过程中，最大沉降值Smax与沉降槽宽度系数K的变化幅度趋于平缓。 |
| 作者： | 王雅建 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 许有俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 内蒙古科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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