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复合地层地铁盾构施工开挖面失稳机理及地表沉降控制研究
| 论文题名： | 复合地层地铁盾构施工开挖面失稳机理及地表沉降控制研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;开挖面稳定;地表沉降;复合地层;数值模拟 |
| 摘要： | 随着城市化进程的加剧，城市密度越来越高，道路交通拥挤问题突出，地面交通资源饱和，为了寻求更加高效安全的出行方式，对城市地铁的开发和利用成了社会可持续发展的重要手段。盾构法施工以其独有的优点，在城市地铁隧道建设中得到越来越广泛的应用。盾构法施工范围扩大的同时也面临着地质条件多样、结构断面多元、建设环境复杂等诸多问题和挑战。开挖面失稳导致的地表沉降塌陷事故是盾构法施工面临的普遍难题。济南地区地质构造复杂多变，复合地层繁多，软硬不均情况凸显。当地铁盾构隧道穿越地质条件差异性大、土层变化频繁的复合地层时更容易产生安全事故。因此，复合地层地铁盾构隧道开挖面稳定研究逐渐成为盾构隧道施工的核心问题之一。 本论文依托济南地铁2号线工程，通过理论分析和数值模拟研究方法，围绕复合地层地铁盾构施工开挖面失稳机理及地表沉降控制问题，研究盾构隧道在复合地层施工时的开挖面失稳破坏模式，并分析各种因素对开挖面稳定及周围环境的影响规律，提出保障开挖面稳定及降低地表沉降的控制措施。主要研究工作和成果如下： （1）针对复合地层，开展盾构隧道开挖面失稳破坏模式研究，构建了符合复合地层条件特征的对数螺旋线破坏模型，利用极限分析上限法定理，推导了开挖面极限支护力理论计算公式，使用MATLAB软件编程求最优解。分析隧道埋深、内摩擦角和粘聚力等参数对极限支护力的影响。并与之前学者的研究结果对比分析，验证了本破坏模型的正确性。 （2）以济南地铁为工程背景，利用ABAQUS软件建立复合地层三维隧道模型，考虑土体扰动、管片拼装和注浆硬化等施工过程，模拟盾构隧道掘进的整个流程。研究支护力不足时的开挖面变形、极限支护力、开挖面土体塑性区发展和地表沉降规律。在此基础上，对隧道直径、隧道埋深、土体内摩擦角和粘聚力等影响复合地层开挖面稳定的因素进行分析。得到上述参数对开挖面土体变形、极限支护力的影响规律，以及在极限支护力作用下，上述各种参数对地表沉降的影响规律。 （3）针对影响地表沉降的因素进行更深入的探析，分析注浆压力、注浆材料弹性模量和掌子面周围土体扰动对地表沉降的影响规律。根据理论分析和数值模拟的研究规律，提出保障复合地层盾构隧道开挖面稳定和降低地表沉降的控制措施。 |
| 作者： | 李杨 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 孔祥辉;韩文扬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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