地铁盾构隧道施工对地层及邻近建筑物影响的数值模拟

论文摘要

盾构法作为在软土地区修建地铁隧道的一种重要手段,较其它施工方法有许多优点,但仍不可避免地会对周围土体及邻近建筑物产生一定影响。本文针对盾构施工对周围土体扰动机理展开论述,分析了盾构法对周围土体扰动的成因,讨论了盾构施工对周围土体引起地面沉降的因素。有限元法是计算盾构法隧道施工变形的有效方法,本文对前人在这方面的研究进行了回顾和总结,并对隧道开挖机理进行了理论推导；以无锡地铁一号线工程为背景,运用有限元程序Midas/GTS,综合考虑了土体非线性、土体与盾构作用、土体与衬砌作用、注浆压力、地层损失空隙参数和密封舱土压力等主要因素建立力学模型,对盾构的推进过程进行三维非线性有限元仿真模拟,得到了周围土体的变形规律,计算结果与Peck公式吻合良好；分析说明了盾构法隧道的邻近施工问题,在隧道开挖模型的基础上,以某砖混结构住宅楼为研究对象,建立三维非线性有限元模型,研究计算了盾构法地铁隧道穿越建筑物时对建筑物沉降的影响,并对建筑物的安全稳定性作出了评估,得到了一些有益的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 盾构施工引起土体变形的研究现状
• 1.2.2 盾构施工对邻近建筑物影响研究现状
• 1.3 本论文主要的研究内容和方法
• 第2章 盾构隧道施工对地层的影响机理
• 2.1 盾构法施工原理简介
• 2.2 盾构施工对地层的影响
• 2.2.1 地层变位产生的原因
• 2.2.2 地层沉降的机理
• 2.2.3 地层沉降的发展过程
• 2.3 本章小结
• 第3章 盾构隧道施工的有限元计算理论
• 3.1 隧道开挖的有限元分析
• 3.1.1 初始地应力场的计算
• 3.1.2 开挖单元与结点的处理
• 3.2 土体的本构模型
• 3.2.1 线弹性模型
• 3.2.2 Mohr—Coulomb模型
• 3.3 MIDAS-GTS盾构隧道施工阶段数值模拟方法
• 3.3.1 孔隙水压力应力分析
• 3.3.2 单元的添加和删除
• 3.3.3 荷载释放
• 3.3.4 位移归零
• 3.3.5 土体材料特性的变化
• 3.3.6 初始自重应力
• 第4章 盾构施工对邻近建筑物影响的数值模拟
• 4.1 工程概况
• 4.2 计算模型的建立
• 4.2.1 模型假定和土层参数
• 4.2.2 计算域的确定
• 4.2.3 盾构推进过程中的阻力
• 4.2.4 超前注浆和壁后注桨
• 4.2.5 应力释放
• 4.2.6 主要计算步骤
• 4.3 盾构施工过程模拟计算结果分析
• 4.3.1 地表沉降分析
• 4.3.2 经验法拟合
• 4.4 本章小结
• 第5章 盾构施工邻近建筑物的影响及控制措施
• 5.1 前言
• 5.2 盾构施工对邻近结构物的影响
• 5.2.1 邻近结构物外力条件变化类型
• 5.2.2 邻近结构物影响形式
• 5.3 施工影响的控制标准
• 5.4 施工影响的控制措施
• 5.4.1 主动控制措施
• 5.4.2 被动控制措施
• 5.5 盾构施工对邻近建筑物影响的数值模拟结果分析
• 5.5.1 地表不均匀沉降分析
• 5.5.2 分析结论及建议
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 前景与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者攻读学位期间发表的学术论文情况