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含气地层盾构施工引起的土体变形研究
| 论文题名： | 含气地层盾构施工引起的土体变形研究 |
| 关键词： | 含气地层;浅层气;盾构施工;双线盾构;土体变形 |
| 摘要： | 盾构施工中难免会遇到含气土层，含气土层中的浅层气体会对施工过程以及施工人员造成巨大影响及危害，同时会引起土体产生扰动。本文采用理论计算法、实测分析法和数值模拟法对含气地层盾构施工引起的土体变形进行了研究，提出放气后的含气地层盾构施工土体变形计算公式，同时提出“三次扰动”效应以及“中间气压区”现象，具体研究内容和创新工作如下: 经过总结我国各地区土层的土质类型，浅层气气压、埋深以及气体成分发现大多都是以有机质分解产生的CH4气体为主，且成因略有不同。对已有灾害案例进行分析，阐述了含气土中浅层气的工程影响、气体释放控制以及基质吸力的变化;同时，含气土作为一种特殊的非饱和土，抗剪强度以及土体变形受基质吸力的影响;浅层气的无控或有控释放会对周围土体造成不同程度的扰动，而在工程上的解决措施以预先有控释放为主。 将放气后的土体变形等效为局部均匀沉降，并考虑了挤土效应、土体软化、注浆压力以及土体损失等施工因素，首次提出了含气地层盾构施工引起的土体变形理论计算公式;研究表明:理论计算结果与实测数据较为吻合，能较好地反映在含气地层中盾构掘进时引起的地表变形特征;通过与饱和土地层地表变形特征对比分析可知，由于含气地层土中残余气体引起的基质吸力，使盾构前方土体隆起变形比饱和土地层约增加30％，盾尾后方土体沉降变形比饱和土地层约增加20％;当气体回聚严重或含气层较厚时，盾构开挖面前方含气土摩擦较大，理论计算分析时可适当增加刀盘推力修正系数或者界面摩擦角。 依托杭州地铁7号线塘青区间段工程，对含气地层双线盾构施工进行了持续的地表变形监测，得到含气地层双线盾构掘进引起的地表沉降规律，分析表明:含气地层盾构掘进引发的地表沉降影响范围在隧道轴线8m以内，地表沉降在盾构通过25天后趋于稳定;盾构先行线平均沉降大于后行线约44％;盾构在含气地层中掘进时，存在“三次扰动”，地层排气破坏土层结构为“一次扰动”，先行线掘进为“二次扰动”，后行线掘进为“三次扰动”;同时，土中存在“中间气压区”导致土体排气不彻底存在基质吸力，使先行线盾构掘进引发的沉降大于后行线;含气地层盾构先行线地表沉降与土体损失率均大于后行线，与软土地区规律相异，且后行线隧道沉降槽相比先行线会更浅;利用FLAC3D6.0软件模拟含气地层盾构掘进引起的土体变形并讲所得结果与实测数据进行了对比分析。 |
| 作者： | 何晨阳 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 丁智 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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