西安市地铁区间隧道盾构施工对地表沉降机理的研究

论文摘要

西安市是西部大开发的龙头城市,大力发展地铁交通系统是解决大城市日益严峻的交通问题的根本途径。而盾构法也已成为城市地铁施工的一种重要施工方法。由于黄土的特性,使得在西安修建地铁,又将面临许多不同于软土地区修建地铁过程中所未遇到的工程问题。在修建过程中,地层土体的特性对地表沉降有一定的影响。所以对西安地铁盾构施工过程中引起的地表沉降规律进行研究具有重要的实际意义。本文对西安地铁施工引起的地表沉降的影响因素进行了初步探讨,对其沉降规律进行了初步研究。系统地总结了盾构施工引起地表沉降的机理。因西安地铁所处环境的特殊性,黄土参数的复杂性,目前对黄土地区修建地铁的研究还很少涉及。本文结合黄土地区的特殊性,需要从黄土特性的角度进行研究。盾构隧道施工对周围地层产生扰动,从而引发地层位移,并主要表现为地层沉降。这是盾构隧道设计与施工中非常关注的问题。根据有关勘测资料,本文采用三维数值模拟软件FLAC3D对盾构推进过程进行了模拟,并结合西安地铁2号线工程对开挖引起的地表沉降规律进行了分析研究。主要研究内容包括:地层沉降随深度分布规律、隧道纵向沉降分布规律、黄土特性对盾构法施工中地表沉降的影响、地表沉降与黄土层覆土厚度的关系等。文中着重探讨了在浸湿与未浸湿的情况下,不同含水量条件下,地铁结构与周围土层的变形特征。研究了黄土特性对盾构法施工中土体变形的影响,从而得出了黄土地区地表沉降的一般规律,对今后西安地铁的合理设计和施工都有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 经验公式法
• 1.2.2 理论预测法
• 1.2.3 模型试验法
• 1.2.4 人工神经网络及智能专家系统方面
• 1.3 问题的提出
• 1.4 本文研究内容
• 2 黄土地层中盾构法施工引起地表沉降的机理分析
• 2.1 盾构法施工引起地表沉降的机理分析
• 2.1.1 盾构法施工原理
• 2.1.2 导致地表沉降的因素
• 2.1.3 地表沉降的特征与机理
• 2.1.4 地表沉降的影响范围
• 2.2 黄土的工程特性以及变形特征
• 2.2.1 黄土的工程特性
• 2.2.2 黄土的湿陷性
• 2.3 适合黄土地层的盾构施工
• 3 地铁盾构施工引起地表沉降的数值模拟
• 3.1 数值模拟方法及本构模型的确定
• 3D 的特点'>3.1.1 Flac^3D的特点
• 3D 的基本原理'>3.1.2 Flac^3D的基本原理
• 3.1.3 材料本构模型的确定
• 3.2 工程概况
• 3.3 模型建立
• 3.3.1 建模过程
• 3.3.2 建立模型时考虑的因素
• 3.4 计算结果及分析
• 3.4.1 地表沉降横向规律分析
• 3.4.2 不同深度处地表沉降分析
• 3.4.3 地表沉降纵向历程规律分析
• 3.4.4 开挖应力场
• 3.4.5 开挖塑性区
• 3.5 小结
• 4 黄土地区盾构施工引起地表沉降的因素分析
• 4.1 黄土的抗剪强度
• 4.1.1 含水量与抗剪强度的关系
• 4.1.2 干容重与抗剪强度的关系
• 4.2 不同含水量作用下地表沉降影响的差异
• 4.2.1 浸湿条件和未浸湿条件下地铁开挖所引起的地表沉降分析
• 4.2.2 不同含水量下地铁结构的变形差异
• 4.3 影响地面沉降量因素的分析
• 4.3.1 隧道黄土层覆土厚度对地表沉降的影响分析
• 4.3.2 黄土地层地基模量对地表沉降的影响
• 4.3.3 盾构推进步长对沉降的影响
• 4.3.4 盾尾注浆对沉降的影响
• 4.4 小结
• 5 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录