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土岩复合地层盾构开仓开挖面稳定性及控制研究
| 论文题名： | 土岩复合地层盾构开仓开挖面稳定性及控制研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;土岩复合地层;盾构施工;开挖地层;稳定性控制 |
| 摘要： | 盾构施工中不可避免的要遇到复杂地层，会发生一些故障或突发情况，例如刀具磨损严重，刀盘结泥饼等，需要开仓检查处理，开仓会遇到一系列的问题，最核心的是开挖面的稳定性保障问题。本文以徐州地铁二号线姚庄站-七里沟站区间为依托，针对复合地层土岩结合面产状多变的特点，采用理论分析和数值模拟相结合的方法，分别从开挖面极限支护压力和开挖面土体位移变形两个角度，研究穿越土岩复合地层的盾构隧道，在进行开仓作业时开挖地层的失稳破坏机理及特点、开挖面极限支护力及其影响因素、开挖面变形特点等，分析了开挖面稳定性控制方法，并进行了验证。 在分析研究区工程地质概况的基础上，进一步分析土岩复合地层的工程特性，研究此条件下的开挖面失稳破坏机理，归纳开挖面稳定性的影响因素，确定为复合地层空间组合形态、土层的力学性质、地下水、隧道几何参数和施工参数几项。 从开挖面极限支护力入手，进行开挖面稳定性极限平衡分析，针对土岩复合地层产状多变的情况，对楔形体模型进行了适应性改进，给出了考虑地层产状变化的开挖面极限支护力计算方法和详细计算过程，讨论了开挖面上覆土压力计算方法的差异和适用范围，确定计算开挖面水平稳定性时采用全覆土重理论，计算开挖面上部稳定性时采用太沙基松动土压力理论。确定了开挖面土体的破坏角，在此基础上对开挖面稳定性各影响因素的影响作用进行了分析：开挖面土岩分界线倾斜程度增大，开挖面土体的粘聚力、内摩擦角增大对开挖面稳定性为正影响，地面超载增大、隧道直径增大、隧道埋深增加对开挖面稳定性为负影响；土岩分界线倾斜程度、开挖土层粘聚力、隧道埋深比对开挖面稳定性影响较大，开挖土体的内摩擦角影响中等，开挖面土体高度占比影响较小；开挖面上覆土体性质、隧道直径对开挖面水平稳定性影响小、对开挖面上部稳定性大，地面超载则相反。 从开挖面土体位移的角度出发，应用FLAC3D数值模拟程序，针对开挖面软硬层空间组合形态，采用正交分析的方法进行对于开挖面稳定性影响的研究。发现当开挖面土体有一定占比后，占比大小对开挖面稳定性影响较小，土体高度占比主要影响开挖面破坏范围和破坏形态；地层在垂直隧道轴线方向上的视倾角越大，开挖面稳定性越好。 分析了开挖面稳定性的控制措施，包括避免不利工况、对开挖面软弱地层进行加固等，随后进行了控制效果的研究，模拟结果证明以上措施对开挖面稳定性控制是很有效的。 |
| 作者： | 周鑫 |
| 专业： | 地质工程 |
| 导师： | 于庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2022 |
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