同步注浆条件下盾构施工引起的隧道和地表沉降及其控制研究

论文摘要

21世纪以来,我国采用盾构法施工的城市隧道工程逐渐增多,盾构施工技术凭借其对周围地层扰动小、隧道成形质量高、掘进速度快且不阻断地面交通、安全环保,其工程造价不随隧道埋深的深浅而发生大幅度的变化等多方面优势,成为城市地铁隧道施工工程的主流施工方法。但是在其掘进过程中仍然会引起周围地层的变形和移动,地层移动—方面会引起地表沉降,另一方面会引起临近建构筑物的变位。随着政府和群众对城市隧道建设的环境友好程度、安全程度愈发重视,对城市建（构）筑物、交通和市政隧道等的建设提出了更高更严格的要求。盾构施工时周围地层的变形和移动是由所在施工地区的土质、水文情况、隧道断面、埋深以及施工方案、技术等很多因素交织而成的复杂现象,但对于闭胸式的盾构机来说,地层的移动和地表的沉降主要受盾构掘进时同步注浆效果好坏的影响,其直接影响到盾构隧道地层的稳定性、施工的节奏性和地表环境的安全性。本文结合郑州地铁3号线的工程实际主要进行了 4个方面的研究:针对本文所研究的方向总结了其国内外研究现状:盾构法施工的发展历程、盾构机工作原理、盾构施工对地层变形及地表沉降产生影响的的作用机理。分析了城市地铁盾构施工对地层变形、地表沉降、临近管道线路以及邻近建构筑物的影响范围、因素和规律。以郑州地铁3号线1期二七广场站-顺城街站盾构区间为实际工程背景,详细分析了工程地质水文情况、施工技术和监测方案,通过对地表的实时监测推断出盾构施工对周边环境产生影响的主要区域,并用FLAC3D做出基础模型对几大注浆影响因素进行模拟分析,对郑州以盾构施工为主轨道建设有着的积极意义。采用连续介质力学分析软件FLAC3D建立模拟双线地铁盾构施工时的三维立体模型,通过模拟不同的支护条件,浆液的性质、注浆压力和注浆量的计算结果,得出与实际工程最贴合的注浆参数建议值。在进行双线盾构隧道模拟的时发现单、双线隧道的最大沉降值所处的控制范围不同,控制注浆压力、注浆量和浆液的弹性模量的变化能够有效地控制地层变形和地表沉降。根据基础模型模拟出的注浆参数建议值,以侧穿二七塔的实际工程为背景做出模拟预测,将实测数据与模拟预测的结果对比分析,提出盾构施工过程中能有效控制地层变形和地表沉措施,分析了实际工程中地表沉降变化曲线的影响因素。优化具体施工方案使得地表沉降值控制到规范允许值内且最小,对类似郑州地铁建设工程有着重要的参考和指导意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 选题背景
•   1.2 国内外地铁盾构施工发展概况
•     1.2.1 国外地铁盾构施工概述
•     1.2.2 国内地铁盾构施工概述
•   1.3 郑州市地铁盾构施工的应用情况
•     1.3.1 郑州市轨道交通发展历史及远景规划
•     1.3.2 盾构施工在郑州地铁的应用
•   1.4 主要研究方法
•     1.4.1 经验公式法
•     1.4.2 理论分析法
•     1.4.3 模型实验
•     1.4.4 人工神经网络法
•     1.4.5 数值模拟
•   1.5 主要研究内容及方法
• 2 盾构施工引起地层沉降特征及注浆浆液比选
•   2.1 土压平衡盾构法简介
•   2.2 地表不均匀沉降的盾构事故
•   2.3 同步注浆的演变及浆液比选
•     2.3.1 同步注浆的演变
•     2.3.2 浆液的比选
•   2.4 盾构施工的地表沉降规律
•   2.5 FLAC/FLAC3D简介
•     2.5.1 FLAC/FLAC3D发展历程
•     2.5.2 有限差分求解方法
•     2.5.3 FLAC3D的求解流程
•   2.6 FLAC3D在地铁盾构施工中的应用
•     2.6.1 体积损失控制法的原理
•     2.6.2 FLAC3D在地铁盾构施工中的应用
•   2.7 本章小结
• 3 同步注浆条件下地表沉降规律的数值分析
•   3.1 郑州地铁三号线双线盾构隧道数值模拟
•     3.1.1 浆液等代层的设定
•     3.1.2 盾构机参数
•     3.1.3 土体计算模型的选取
•   3.2 盾构掘进的数值模拟结果及分析
•     3.2.1 单线和双线隧道的沉降差异
•     3.2.2 不同支护条件下的沉降
•     3.2.3 不同浆液弹性模量下的沉降
•     3.2.4 不同注浆压力下的沉降
•     3.2.5 不同注浆量下的沉降
•   3.3 本章小结
• 4 郑州地铁三号线区间工程实例分析
•   4.1 盾构机的选型
•   4.2 区间工程及地质水文概况
•     4.2.1 工程概况
•     4.2.2 地形地貌
•     4.2.3 水文地质
•     4.2.4 不良地质及特殊性岩土
•   4.3 周边主要建（构）筑物与盾构区间的位置关系
•   4.4 地表沉降监测方案
•     4.4.1 布点原则
•     4.4.2 布点方法
•     4.4.3 测点编号
•   4.5 数值模拟与监测数据的对比分析
•     4.5.1 侧穿二七塔概况
•     4.5.2 建立模型
•     4.5.3 模拟结果与监测数据的对比分析
•   4.6 实测地面沉降结果分析
•     4.6.1 横向地面沉降
•     4.6.2 纵向地面沉降
•   4.7 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐英晋

导师: 白冰

关键词: 盾构法,双线隧道,施工监测,同步注浆

来源: 北京交通大学

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: 北京交通大学

分类号: U455.43;P642.26

总页数: 104

文件大小: 17460K

下载量: 279