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大断面矩形顶管隧道施工力学效应的研究
| 论文题名： | 大断面矩形顶管隧道施工力学效应的研究 |
| 关键词： | 顶管公路;隧道工程;地层参数;压缩变形;抗剪强度 |
| 摘要： | 近年以来，国内的地下顶管施工技术已有很大的发展。该技术对地层的适用性、微干扰破坏、施工安全和质量可靠性及经济效应等方面，具有很大的优越性。但施工开挖不可避免的会改变地层的初始地应力场，从而引起地层的扰动变形，其扰动范围及程度与两方面的因素有关：一方面与地层本身土性参数有关，另一方面与施工工艺有关。 本文首先对顶管施工工艺进行了研究，确定了该工法的数值模拟方法，通过数值分析的手段对地层土性敏感性及施工关键技术进行研究。结合郑州市顶管公路隧道工程的现场试验和沉降变形监测资料，首先对地层参数进行反演分析，得到最能反映该地层压缩变形特性及抗剪强度特性的土性参数；进而分别讨论掌子面贯入阻力、注浆压力和侧壁摩擦阻力以及三者共同作用下引起的地层损失的影响；最后，选择合理的地层参数和施工参数，确定顶管施工允许覆土厚度。 得到的主要结论有： （1）顶管法施工引起周围地层变形的内在原因是土体的天然平衡状态被破坏，从而导致其应力状态发生了变化，使得土体经历了挤压、剪切、扭曲等复杂的应力变化。本文从理论上分析了顶管施工的地层扰动力学机理以及在扰动不同阶段的力学效应。 （2）通过室内泥皮套试验模拟顶管与土体之间的摩擦作用，确定了泥皮套在形态完整状态下的摩擦系数为0.01。 （3）通过对顶管施工引起的地表沉降量、地表最大倾斜率及围岩塑性区域分析，探讨了地层参数对施工扰动的敏感性。 （4）采用FLAC-3D有限差分法数值软件，分析了正面推力、注浆压力以及泥皮套摩阻力作用下大断面矩形顶管施工引起的环境力学效应，揭示了掌子面开挖失稳和剪切失稳的两种破坏形式。 （5）依据郑州市红专路大断面浅埋矩形顶管隧道工程，针对粉质粘土与粉砂地层，考虑注浆压力与泥皮套良好的减摩效果等因素，确定了大断面矩形隧道围岩失稳的允许覆土厚度为3m，对今后类似的工程有参考和借鉴意义。 |
| 作者： | 王永鑫 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 邵生俊;佘芳涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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