顶管施工对既有城市轨道交通路基变形影响及控制研究

论文摘要

随着城市轨道交通线网的形成,市政工程穿越城市轨道交通的情况逐渐增多。在穿越城市轨道交通线路路基段,顶管施工技术由于具有非开挖、综合成本低、施工周期短、环境影响小、施工安全性好等优势,而被广泛使用。但是顶管施工将对周围土体产生扰动,引起周围土体的位移及地表的变形,从而可能影响到城市轨道交通运营的安全。为保证城市轨道交通在顶管施工过程中的正常、安全运营,很有必要对这一问题进行深入研究。本文在充分认识顶管施工过程及技术的基础上,从顶管施工引起地表变形的机理和原因入手,分析得出顶管施工对土体的扰动以及各种原因引起的地层损失是造成土体移动和地表变形的根本原因。利用有限元计算分析软件MIDAS/GTS模拟顶管施工过程,对顶管施工中地表横向和纵向变形规律及施工影响范围进行了模拟计算分析,并且对不同顶管埋深、管径、正面推进力、摩擦力以及地层损失等影响土体变形的因素分别进行探讨,得出这些因素对土体变形的影响规律和影响程度,认识到施工中选择合理的埋深和管径,并严格控制好正面推进力等施工参数的重要性。在深入研究了顶管施工对土体变形影响规律的基础上,建立土体和既有城市轨道交通线路路基共同作用模型,计算分析顶管施工过程中既有城市轨道交通线路的轨道变形规律,对不同施工因素对轨道变形的影响和采取保护措施的效果进行了研究。基于以上研究,提出过程控制是达到施工变形控制目的的有效途径,并给出了制定变形控制标准的思路和建议值,提出从顶管施工工艺、地基、既有城市轨道交通线路路基等方面控制既有城市轨道交通线路路基变形的措施,对今后类似工程有一定的参考价值。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地层变形的分析方法
• 1.2.2 既有建（构）筑物变形控制研究
• 1.3 本文主要研究内容和方法
• 2 顶管施工技术
• 2.1 顶管施工的基本原理
• 2.2 顶管施工过程
• 2.3 几种顶管施工方法
• 2.3.1 泥水式顶管施工
• 2.3.2 土压平衡式顶管施工
• 2.3.3 气压平衡式顶管施工
• 2.3.4 手掘式顶管施工
• 3 顶管施工引起的土体变形理论分析
• 3.1 地面变形机理分析
• 3.2 引起地面变形的原因分析
• 3.2.1 土体受到扰动
• 3.2.2 地层损失
• 4 顶管施工引起的土体变形有限元计算分析
• 4.1 模型概况
• 4.1.1 本构模型
• 4.1.2 分步施工理论
• 4.1.3 主要影响因素的模拟
• 4.2 正面推进力、地层损失及摩擦力的影响分析
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 模型参数
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 管径与埋深的影响分析
• 4.3.1 计算工况
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 小结
• 5 顶管施工对既有城市轨道交通路基的影响
• 5.1 计算模型
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 轨道初始变形
• 5.2.2 顶管施工引起的轨道变形
• 5.2.3 不同参数对轨道变形的影响
• 5.3 小结
• 6 既有城市轨道交通路基变形控制
• 6.1 过程控制
• 6.2 变形控制标准的制定
• 6.2.1 制定变形控制标准的思路
• 6.2.2 顶管施工变形控制标准建议值
• 6.3 变形控制措施
• 6.4 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集