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原文传递大跨度浅埋深隧道施工对地表变形影响数值分析研究

论文题名：	大跨度浅埋深隧道施工对地表变形影响数值分析研究
关键词：	浅埋深隧道施工;上覆高压电塔;地表变形;围岩稳定性;数值分析
摘要：	随着我国现代化建设的飞速发展，隧道工程的建设水平也不断提高。受工程所处的工程地质条件及隧道洞外条件限制，隧道工程中复杂隧道案例也不断涌现，例如超浅埋、大断面、小净距的双孔隧道，此类围岩稳定性难控制，隧道施工难度大。再则，当施工场地周围有重要建(构)筑物时，隧道施工所导致的地层扰动和地面沉降等问题也将影响到周围建筑物的安全性和长期性。因而，就上覆重要建(构)筑物的工程边界条件，进行超浅埋、大断面、小净距复杂隧道进行施工，其施工难度和风险极大，地表沉降机理及施工所引起的地表沉降分布形态也极为复杂，国内外有关这方面的研究成果鲜有报道，蓬勃发展此类工程的迅速发展和理论上的提升是极不协调的。因而，隧道施工对周围建(构)筑物变形影响分析研究，确保周围建筑物的安全使用和运行有重要指导作用。　　本文在调研并总结前人研究成果的基础上，紧密结合深圳麒麟山隧道重要工程，采用有限元软件MIDAS/GTS分别建立了二维和三维模型，模拟隧道在实际复杂地层条件下，实施工况对上覆高压电塔的变形影响进行了动态模拟，分析地表变形及电塔地基处变形规律。建立了一套从参数确定、二维施工模拟、三维动态施工模拟到地表变形规律的力学响应系统。主要有如下工作：　　 1、论述了数值分析中围岩的本构关系和强度理论，包括围岩的屈服准则、加工硬化定律和弹塑性本构理论；讨论了围岩稳定性的影响因素，简要概括了分析围岩稳定性的基本方法。　　 2、论述岩土工程中数值分析参数选取方法及其确定。　　 3、采用MIDAS/GTS有限元软件建立二维模型，对不同施工方法和实际工程的施工方法(双侧壁导洞多台阶法)进行了动态模拟，分析隧道围岩变形及对上覆高压电塔变形分析。　　 4、通过MIDAS/GTS建立三维模型，模拟隧道在偏压状态下，采用双侧壁导洞多台阶法施工下，地表变形及电塔地基变形的特征和规律，并与二维分析和实测结果进行比较讨论，以求得到具有更广泛意义的规律性，得出如下结论：　　 (1)三维模拟施工过程在断面云图上和二维分析有一致性的规律，并且在相同计算条件下，三维分析变形大小略小于二维分析，更为接近实际变形情况。二维分析结果表明：地表沉降曲线成正态分布曲线，距离隧道中轴较远处沉降量趋于0。虽然隧道处于偏压状态下，但沉降曲线基本上与Peck沉降曲线相吻合。地表水平位移曲线图近似成正弦函数，在近左右隧道中轴位置，水平位移接近为0。地表水平位移方向趋于中轴方向，在中轴左侧位置，地表产生向右的水平位移，并在一定范围内随着距离增加逐渐增大至较远处为0，在中轴右侧位置，地表产生向左的水平位移，并在一定范围内随着距离增加逐渐增大至较远处为0。三维分析结果与二维分析结果具有相似规律。　　 (2)三维模拟分析隧道在实际复杂地层条件下，隧道施工将对地表沉隆变化产生较大影响，隧道下穿电塔所在剖面时将引起较大沉降，但沉降主要发生在断面开挖过后。　　 (3)对比Y=35m断面(电塔所在剖面)处，Y=90m断面处(出洞口剖面)的沉降曲线图可知，Y=35m处成近似正态分布曲线，这与二维分析电塔所在剖面结果相似，而Y=0m(进洞口剖面)处成近似“W”型曲线。主要原因是受隧道埋深影响，在Y=0m处隧道埋深超浅，沉降曲线类似两个单线隧道引起的地面沉降曲线相叠加后的曲线，而Y=35m处埋深相对较深，沉降曲线等效一个半径略大于单洞隧道半径引起的地面沉降相同，这与Peck沉降理论研究相符合。　　 (4)由Y=35m断面(电塔所在剖面)的变形曲线图中可知，电塔地基沉降曲线近似成线性分布，距离隧道越近，地表沉降越大。电塔地基水平位移曲线图成近似直线，在电塔地基水平位移相接近。与电塔所在剖面二维分析的结论有相似规律。
作者：	万灵
专业：	岩土工程
导师：	李彰明;冯强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文