【博士】交叉隧道盾構(gòu)施工作用機(jī)理與沉降計算控制研究【2010】

內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：工程力學(xué)　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：中山大學(xué)　　學(xué)位年度： 2010年　　地鐵隧道的交叉穿越已成為當(dāng)前城市建設(shè)中的熱點(diǎn)議題，也是地下工程研究中的前沿課題之一。交叉隧道盾構(gòu)施工是盾構(gòu)、土體及既有結(jié)構(gòu)三者共同作用的問題，交叉隧道盾構(gòu)施工引起地層的位移將會引起鄰近既有結(jié)構(gòu)的變形，甚至造成災(zāi)害；而既有結(jié)構(gòu)通過改變土體的位移場對盾構(gòu)施工產(chǎn)生影響；并且在各種影響因素變化的作用下，交叉隧道盾構(gòu)施工對既有結(jié)構(gòu)的擾動也隨之變化。目前對交叉隧道盾構(gòu)施工作用機(jī)理還沒有進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，涉及復(fù)合地層中的交叉隧道盾構(gòu)施工擾動影響研究較少；交叉隧道盾構(gòu)施工與鄰近建筑物的相互作用機(jī)理還沒有完全弄清楚；常用的分析既有隧道沉降變形的有限元法，由于合適的土體本構(gòu)關(guān)系和計算參數(shù)難于準(zhǔn)確確定，使其應(yīng)用受到限制，發(fā)展新的計算方法以預(yù)計隧道下穿施工引起的既有隧道變形，對于正確評價既有隧道所受影響是十分必要的。為此，本文對交叉隧道盾構(gòu)施工與周圍環(huán)境相互作用機(jī)理與沉降計算控制進(jìn)行了深入研究。開展了考慮不同影響因素變化時的交叉隧道盾構(gòu)施工對既有隧道擾動的三維數(shù)值模擬研究，探討了交叉隧道盾構(gòu)施工對既有隧道擾動的量化規(guī)律；并將隨機(jī)介質(zhì)理論引入到交叉隧道盾構(gòu)施工引起的既有隧道沉降計算中，建立了既有隧道沉降計算模型；開展了交叉隧道盾構(gòu)施工與鄰近建筑物的相互作用研究。本研究不僅可以豐富地下空間和巖土力學(xué)相關(guān)理論與方法，而且，可為交叉隧道的設(shè)計與施工提供理論依據(jù)，也為地下空間開發(fā)利用提供十分有價值的理論指導(dǎo)。　　本文主要取得以下研究成果：　　1．基于交叉隧道盾構(gòu)施工力學(xué)作用機(jī)理，對交叉隧道盾構(gòu)施工與周圍環(huán)境的相互作用機(jī)理進(jìn)行了理論研究，分別探討了交叉隧道盾構(gòu)施工與既有隧道的相互作用機(jī)理以及交叉隧道盾構(gòu)施工與鄰近建筑物的相互作用機(jī)理。　　2．基于交叉隧道盾構(gòu)施工引起的地表及既有隧道沉降隨盾構(gòu)掘進(jìn)的變化曲線，研究了盾構(gòu)隧道下穿施工擾動的時間及空間效應(yīng)，下穿施工的時間效應(yīng)表現(xiàn)在新建隧道盾構(gòu)進(jìn)入下穿影響區(qū)域前、盾構(gòu)進(jìn)入下穿影響區(qū)域時、盾構(gòu)通過下穿點(diǎn)、盾尾空隙沉降及后續(xù)沉降五個不同的交叉隧道盾構(gòu)施工階段；交叉隧道盾構(gòu)施工的空間效應(yīng)主要與隧道覆土厚度、間距及交叉角度有關(guān)。　　3．在交叉隧道盾構(gòu)施工影響因素分類研究的基礎(chǔ)上，利用盾構(gòu)施工動態(tài)過程的三維有限元模擬方法，開展了各種影響因素變化的情況下，交叉隧道盾構(gòu)施工對既有隧道沉降影響的三維有限元模擬研究，探討了交叉隧道盾構(gòu)施工對既有隧道擾動的量化規(guī)律。　　4．基于沿海地區(qū)地鐵建設(shè)多在復(fù)合地層中施工的特點(diǎn)，建立了近似均一地層、上軟下硬地層和長距離硬巖段三類復(fù)合地層盾構(gòu)施工的地質(zhì)概化模型，研究了不同的復(fù)合地層類型對交叉隧道盾構(gòu)施工擾動影響，進(jìn)而提出了復(fù)合地層中盾構(gòu)推進(jìn)技術(shù)措施。　　5．基于交叉隧道盾構(gòu)施工引起的既有隧道變形特征，引入隨機(jī)介質(zhì)理論，建立了既有隧道沉降計算的隨機(jī)介質(zhì)模型，通過反分析方法確定了模型基本參數(shù)，利用MATLAB編程計算既有隧道沉降，并通過工程實(shí)例驗證了該模型的可靠性；基于交叉隧道盾構(gòu)施工沉降控制關(guān)鍵問題，研究了相應(yīng)的沉降控制措施?！　?．在鄰近不同位置建筑物工況下的交叉隧道盾構(gòu)施工三維有限元模擬的基礎(chǔ)上，研究了交叉隧道中新、舊隧道、土體和建筑物四者之間的相互作用，探討了交叉隧道盾構(gòu)施工與鄰近建筑物的相互影響規(guī)律和范圍。在此基礎(chǔ)上，提出了減少建筑物沉降措施?！　?

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