盾构隧道周围地下管线的性状研究

论文摘要

盾构隧道施工对周围地下管线的影响问题是地铁建设中的一项难题,也是城市环境土工问题的重要内容,对本课题进行研究具有一定的理论意义与实用价值。本文主要采用理论分析、工程实测分析与数值模拟相结合的方法,对管周土压力与管土相互作用、柔性接口管线的变形机理与位移计算、盾构隧道周围地下管线位移的实测分析、地下管线性状的理论与数值计算、管线性状的影响因素分析及管线对隧道周围土体位移场的影响等方面进行了研究。本文的主要研究内容如下:(1)基于工程实测数据,按管隧垂直、管隧平行两种情形,分别研究了单隧道与双隧道施工时地下管线在盾构到达前、盾构到达、盾构通过时、盾尾通过后与后续固结沉降等五个阶段的位移历时变化规律及沿管线纵向的位移分布规律。(2)针对现有管周土压力计算方法的不足,在现场试验的基础上,研究了管土相互作用问题,建立了管底土压力分布计算模型。同时,基于现场试验分析了柔性接口管线的竖向变形机理问题,给出了柔性接口管线的竖向位移计算解析模型。(3)根据弹性地基理论及前人研究基础,按管隧垂直、管隧平行两种情形,分别给出了隧道周围刚性与柔性接口地下管线的竖向位移计算公式,通过与其它计算公式的结果进行比较,说明了本文公式的合理性。并结合算例,对其参数敏感性进行了初步分析,可用于工程计算或验证数值分析结果。(4)对工程实例进行了计算对比分析,验证了有限差分数值方法模拟本课题的合理性与可靠性。运用所建模型,按管隧垂直、管隧平行两种情形比较分析了盾构隧道周围刚性管线与柔性管线的力学性状;也模拟了柔性接口管线的性状特征,得出了一些有别于刚性接口管线的规律。(5)采用数值计算方法,按管隧垂直、管隧平行两种情形,较为详细地分析了土质、管线的直径、壁厚、截面形状、材质、管隧垂直间距、管隧水平间距、隧洞直径、开挖面位置、超挖量、开挖面支护压力、掘进速率、地层应力释放率及双线隧道中心间距等因素对地下管线力学性状的影响规律。此外,还分析了在有内压作用、管底发生脱空、受工作井影响等特殊工况下管线力学性状的变化情况。为地铁工程建设中实施科学保护地下管线提供了一定的理论依据。(6)根据工程实例与数值计算结果,按管隧垂直、管隧平行两种情形,比较研究了地下管线的存在对盾构隧道周围土体竖向位移场分布的影响规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 研究历史与现状
• 1.3 地下管线的种类
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 基于实测分析的盾构隧道周围地下管线的位移研究
• 2.1 引言
• 2.2 工程概况
• 2.3 地下管线分布及工程监测布置
• 2.4 地下管线的位移规律研究
• 2.5 本章小节
• 第三章 地下管线力学性状的理论计算
• 3.1 引言
• 3.2 地下管线的管底土压力计算
• 3.3 垂直于隧道的刚性接口管线力学性状计算
• 3.4 平行于隧道的刚性接口管线力学性状计算
• 3.5 柔性接口管线的变形机理与位移计算
• 3.6 受隧道影响的柔性接口管线位移与转角计算
• 3.7 地下管线的应力分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 盾构隧道—土体—地下管线相互作用的三维数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 理论基础
• 3D程序应用'>4.3 FLAC^3D程序应用
• 4.4 数值计算模型与实例验证
• 4.5 地下管线对盾构隧道周围地层位移场的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 垂直于盾构隧道的地下管线性状分析
• 5.1 引言
• 5.2 数值计算模型与结果分析
• 5.3 土质对地下管线性状的影响
• 5.4 管线参数对地下管线性状的影响
• 5.5 盾构施工参数对地下管线性状的影响
• 5.6 柔性接口地下管线的性状分析
• 5.7 几种特殊工况下的地下管线性状分析
• 5.8 双线隧道施工对地下管线性状的影响
• 5.9 本章小结
• 第六章 平行于盾构隧道的地下管线性状分析
• 6.1 引言
• 6.2 数值计算模型与结果分析
• 6.3 土质对地下管线性状的影响
• 6.4 管线参数对地下管线性状的影响
• 6.5 盾构施工参数对地下管线性状的影响
• 6.6 柔性接口地下管线的性状分析
• 6.7 几种特殊工况下的地下管线性状分析
• 6.8 双线隧道施工对地下管线性状的影响
• 6.9 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录一: 图目录
• 附录二: 表目录
• 发表（录用）的学术论文目录
• 致谢