超大断面矩形顶管隧道施工引起的地表沉降规律研究

论文摘要

伴随着我国城镇化进程的加快,地下空间的开发和利用越来越受到建设者的青睐,作为非开挖施工技术的一种,顶管法在地下工程建设中得到了广泛应用。为了提高地下空间开发的利用率,隧道断面多设计成矩形。矩形顶管隧道施工不可避免的扰动周围地层,引起地表产生沉降或隆起,对于超大断面矩形顶管隧道的开挖,施工的扰动程度更大,周围建筑物的正常使用受到危害。因此,研究超大断面矩形顶管隧道施工引起的地表沉降问题具有非常重要的意义。本文依托郑州市沈庄北路-商鼎路下穿中州大道隧道工程。通过理论分析、实测数据整理归纳和三维有限元数值模拟方法对顶管施工引起的地表沉降问题进行了研究。在此研究的基础上提出有效的控制措施,为郑州地区相同或者类似工程的设计与施工提供借鉴。主要研究内容如下:（1）简要分析和探讨了矩形顶管施工工艺的原理和过程。着重分析了地表变形原因、地层变形特征规律、土体扰动机理以及地表沉降影响因素。（2）研究了顶管施工的监测方案,对实测数据做了深入的分析,归纳地表沉降的一般规律。（3）通过MIDAS-GTS NX有限元软件建立分析模型,研究分析土仓压力、弹性模量、内摩擦角、顶管埋深和注浆对地表沉降的影响。（4）探讨顶管施工引起地面变形的破坏形式;提出有效的施工措施将地表沉降控制在合理的范围内,保证顶管工程顺利、安全的推进。

论文目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 经验法

1.2.2 理论分析法

1.2.3 数值模拟法

1.3 研究现状综述

1.4 论文研究的主要内容

1.5 论文研究的技术路线

2 顶管法施工引起地层变形理论研究

2.1 顶管法施工技术

2.1.1 顶管法施工基本原理

2.1.2 顶管法施工过程

2.2 地表变形原因分析

2.2.1 地层损失

2.2.2 扰动土体再固结

2.3 地层位移的一般特征规律

2.4 土体扰动的机理分析

2.4.1 受扰动土体分区

2.4.2 受扰动土体应力状态变化

2.5 地表变形的影响因素分析

2.5.1 施工方法选择的影响

2.5.2 地质条件的影响

2.5.3 顶管隧道埋深影响

2.5.4 顶管截面形状和尺寸影响

2.5.5 隧道上方荷载影响

2.5.6 地层损失影响

2.5.7 辅助施工措施影响

2.6 小结

3 矩形顶管工程现场监测与分析

3.1 工程概况

3.1.1 工程地质条件

3.1.2 水文地质条件

3.2 现场监测目的与内容

3.2.1 监测目的

3.2.2 监测内容

3.2.3 监测方案编制依据

3.2.4 监测点布置方案

3.2.5 监测方案实施

3.3 监测结果与分析

3.3.1 隧道轴线纵向地面变形分析

3.3.2 隧道轴线横向地面变形分析

3.4 小结

4 矩形顶管施工的三维有限元数值模拟分析

4.1 MIDAS-GTS NX软件简介

4.2 顶管施工有限元分析

4.2.1 本构模型

4.2.2 基本假定

4.2.3 材料模型及参数

4.3 顶管施工数值模拟分析

4.3.1 模型边界及网格划分

4.3.2 模型计算位移分析

4.3.3 模拟结果及对比分析

4.4 计算参数对地面变形影响分析

4.4.1 土仓压力对地面变形影响分析

4.4.2 土体参数对地面变形影响分析

4.4.3 顶管埋深对地面变形影响分析

4.4.4 注浆对地面变形影响分析

4.5 小结

5 矩形顶管施工引起地面变形的控制措施

5.1 矩形顶管施工引起地面变形破坏形式

5.2 矩形顶管施工引起地面变形控制措施

5.2.1 控制开挖面稳定

5.2.2 控制推进速度

5.2.3 控制同步注浆

5.2.4 控制顶进方向及纠偏

5.2.5 其他控制措施

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜洪建

导师: 王晓睿

关键词: 矩形顶管,超大断面,地表沉降,有限元分析,控制措施

来源: 华北水利水电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,公路与水路运输

单位: 华北水利水电大学

分类号: U456.3;P642.26

总页数: 67

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