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兰州地铁盾构施工对地表变形的影响分析
| 论文题名： | 兰州地铁盾构施工对地表变形的影响分析 |
| 关键词： | 地铁盾构;地表变形;沉降控制;Drucker-Prager屈服准则;数值模拟 |
| 摘要： | 目前，我国经济处于持续高速发展时期，城市地铁建设也在迅速发展，许多项目的建设要用盾构机施工。盾构法在地下空间作业，不影响地面交通，且对各种复杂地质条件有较强的适应性，诸多优点使得盾构法广泛应用于地铁施工建设当中。虽然盾构法施工工艺和技术水平在不断进步，但施工中仍会对盾构机周围土体产生扰动，引起地表变形。本文以兰州地铁1号线为背景，选取世纪大道~迎门滩为研究区段，利用有限元软件ANSYS建立了三维模型，通过模拟盾构开挖过程，分析研究了盾构法施工对地表变形的影响，并对比分析了不同等代层厚度和掌子面顶进压力对地表变形的影响，主要得到了以下结论： (1)在盾构开挖过程中地表出现了前隆后沉的现象。在开挖面前方约12m处发生隆起，随着盾构隧道的开挖，开挖面后方的土体会发生进一步的沉降。而后开挖起始面的地表沉降值保持在19mm左右，达到稳定状态。 (2)开挖面上方地层沉降由地表至隧道拱顶逐渐增大，在拱顶处地层沉降达到最大，而在仰拱处地层隆起达到最大。 (3)盾构开挖引起的地表最大横向沉降值位于隧道中轴线处，而开挖时开挖面处引起的地表沉降约为该处地表最终沉降值的42％。 (4)利用Peck公式进行计算，并将结果绘制于图中与ANSYS模拟结果进行对比。当地层损失率为0.35%时，地表横向最大沉降值为8.1mm，与模拟结果接近。将Peck公式中沉降槽宽度i进行修正，得到的理论数值曲线与ANSYS数值模拟曲线更为接近。 (5)不同的等代层厚度会引起不同的地表沉降。等代层厚度越大，在开挖过程中会有较大地表沉降，而随着等代层厚度变小，地表沉降也越来越小。等代层厚度的变化对隧道中轴线附近的地表变形影响较大。 (6)不同的掌子面顶进压力也会引起不同的地表沉降。掌子面顶进压力越大，沿隧道轴向的地表纵向位移也越大；随着开挖的进行，不同掌子面顶进压力引起的地表沉降差值变小，但开挖面前方的隆起值差别明显。 (7)在实际施工中，开挖前做好现场调查和地质情况调查，开挖过程中设定合理的土舱压力、控制好盾构掘进方向并根据需要及时调整、对土体进行改良并做好同步、二次注浆，开挖后综合分析判断地层风险性，采取相应的措施。另外，应急预案系统的建立也是必不可少的。 |
| 作者： | 李景 |
| 专业： | 水工结构工程 |
| 导师： | 何文社 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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