盾构下穿京广线郑州站的地表沉降预计及控制技术研究

论文摘要

盾构法是修建地铁隧道的一种方法,与明挖法与暗挖法相比,盾构法施工具有施工速度快,对地面影响小等优点。应用盾构法修建地铁隧道时,如何预测与控制地表的沉降,是盾构法施工中的一个重要问题。本文结合郑州地铁盾构穿越郑州火车站工程项目,利用有限元分析软件ANSYS对盾构隧道开挖进行了数值模拟,运用随机介质理论计算地表沉降值,概括了现场实测数据,将实测数据与理论计算值相对比,验证了地层纵向沉降和横向沉降以及水平位移的规律。论文的主要工作和成果如下：1.基于郑州地铁盾构下穿火车站的特殊工况,确定了监控量测的内容、方法及地表沉降监测的标准值和警戒值。2.运用有限元数值模拟和随机介质理论,预计了盾构穿越火车站引起的地表沉降值,并与实测数据进行了比较,两者有较好的吻合,有效的指导了盾构施工,确保了盾构施工安全。3.提出了盾构下穿郑州火车站的施工控制方法,包括对盾构机的选型,刀盘的优化,盾构掘进过程中对掘进方向的控制,渣土的改良和同步注浆过程,盾构的始发和到达控制,以及盾构端头加固等。这些控制措施有效的控制了盾构所引起的地表沉降或隆起。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 盾构法施工引起地表沉降研究现状论述
• 1.2.2 地表沉降的控制技术研究现状论述
• 1.2.3 研究现状评价
• 1.3 本文主要内容及思路
• 第二章 盾构法施工及盾构引起地表沉降的机理分析
• 2.1 盾构法施工技术与原理
• 2.1.1 盾构掘进机
• 2.1.2 盾构法施工条件和工作原理
• 2.1.3 盾构法施工过程
• 2.2 地层扰动原因
• 2.3 地层移动的时间和空间效应理论
• 2.3.1 地层移动的时间效应
• 2.3.2 地层移动的空间效应
• 2.4 地层沉降曲线形成机理分析
• 2.4.1 地层纵向沉降及机理分析
• 2.4.2 地层横向沉降及机理分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 盾构下穿郑州火车站工程监控量测方案设计
• 3.1 工程简介
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 工程地质及水文
• 3.1.3 工程重要性论述
• 3.2 监控量测目的及设计原则
• 3.2.1 监控量测的目的
• 3.2.2 监控量测的设计原则
• 3.3 监控量测内容及测点布置
• 3.3.1 监测项目
• 3.3.2 监测测点布置
• 3.4 监控量测方法
• 3.4.1 地表沉降监测
• 3.4.2 建筑物沉降、倾斜、裂缝监测
• 3.4.3 隧道拱顶、基底变形与隧道收敛监测
• 3.4.4 地下管线沉降监测
• 3.4.5 铁路股道道床、雨棚基础及触网基础沉降监测
• 3.5 盾构施工监测控制标准、警戒值
• 3.5.1 铁路股道道床、雨棚基础控制标准
• 3.5.2 警戒值
• 3.6 监测数据的处理与反馈
• 3.6.1 监测数据处理方法
• 3.6.2 监测数据的反馈
• 3.7 本章小结
• 第四章 盾构开挖引起地表沉降数值模拟和理论计算
• 4.1 基于ANSYS的数值模拟
• 4.1.1 ANSYS软件介绍及盾构法施工模拟过程的实现
• 4.1.2 数值模型的构建
• 4.1.3 数值模拟结果
• 4.2 基于随机介质理论的沉降预计
• 4.2.1 随机介质理论方法的适用性
• 4.2.2 随机介质理论方法计算过程
• 4.3 理论计算结果与实测数据对比分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 地铁盾构控制措施
• 5.1 地铁盾构选型
• 5.1.1 盾构选型原则
• 5.1.2 郑州地铁盾构选型建议
• 5.1.3 盾构的优化设计
• 5.1.4 适用于郑州地质的刀盘优化建议
• 5.2 盾构掘进过程中的控制措施
• 5.2.1 掘进方向控制与调整
• 5.2.2 盾构推进中的碴土改良
• 5.2.3 同步注浆
• 5.3 盾构始发和到达
• 5.3.1 盾构始发
• 5.3.2 盾构到达
• 5.4 盾构端头加固
• 5.4.1 加固方案介绍
• 5.4.2 三重管高压旋喷桩土体加固施工方案
• 5.4.3 压密注浆加固方案
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目