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浅埋矩形通道顶管施工土体变形规律研究与预测系统开发
| 论文题名： | 浅埋矩形通道顶管施工土体变形规律研究与预测系统开发 |
| 关键词： | 浅埋矩形通道;顶管施工过程;土体变形;预测系统 |
| 摘要： | 随着城市化进程加快，地铁过街通道工程也逐渐增多。此类工程具有埋深浅、洞长短、穿越建构筑物复杂等特点，施工要求高，常用的开挖方法包括:明挖法、暗挖法。由于项管法具有施工机械简单、空问利用率高、不影响地面交通等显著特点，已成为目前地铁过街通道施工中应用最广泛的暗挖法之一。地铁过街通道通常埋深较浅，采用顶管法施工时，其上方土体受到扰动，且难以形成土体拱，易产生较大变形，严重影响城市道路安全运营及临近建构筑物安全;此外，施工数据缺乏形象、直观的分析与表达方式，难以对施工过程进行实时反馈。因此，研究项管施工过程土体变形规律并开发信息化施工系统具有重要意义。 依托太原地铁2号线龙城大街西站过街通道工程，采用现场试验、数值模拟、理论计算与信息化技术，开展了浅埋矩形顶管施工土体变形规律与预测系统的研究，目前已取得的成果包括: 1、开展了顶管施工过程中地表沉降、深层土体水平位移、管节应力、地下管线变形的现场试验研究。地表沉降沿横向的主要影响范围为-3A～3A(A为顶管区间一半宽度)，沿纵向随顶进距离增大而增大;深层土体水平位移在顶管轴线正上方，沿纵向呈“弓形”、沿横向呈“S形”的变化，主要影响范围为埋深-2m～4.15m;施工中管节呈竖向受压、横向受拉的状态;地下管线中点处的竖向变形，随施工进行沿纵向先隆起后沉降，且对上方土体沉降有减小效应。 2、应用数值模拟、黄金分割法和位移反分析，开展了顶管施工全过程精细数值模拟研究。多测点位移反分析方法所得地表沉降最大误差为0.82％，与实际施工吻合较好;顶管轴线上方地表沉降最大，沿横向以顶管轴线为中心左右对称;项管施工时，土体深层水平位移以顶管轴线为中心左右对称，最大影响范围为顶管两侧0～9m;随项进距离增大管节应力逐渐增大，距顶管机最近的第l管节应力最大;靠近接收井端的地下管线竖向变形更小，盾构区间竖向变形随距项管的距离呈远大近小的规律，水平变形为上大下小。 3、基于Mindlin解和随机介质理论，系统研究了顶推力、摩阻力、土体损失对土体竖向变形的影响规律，提出了三者叠加的地表沉降数学模型。顶推力作用下前方土体隆起、后方土体沉降;摩阻力使地表产生沉降-隆起-沉降的“S”型变形;土体损失对地表沉降的主要影响范围为顶管工作面前后1倍顶管宽度。本文结果与实测数据较吻合，能应用于地表沉降预测中。 4、综合应用BIM、Cesium三维引擎、W曲端开发技术，开发完成了浅埋矩形通道顶管施工土体变形预测预警系统，实现了地表沉降数据管理与分析、顶管模型与地表沉降三维展示、地表沉降预测预警功能。 |
| 作者： | 李小彤 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 徐帮树 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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