密排管幕群顶管施工引起的地面变形研究

发布时间：2017-05-29 09:02

  本文关键词：密排管幕群顶管施工引起的地面变形研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在软弱地层中,采用暗挖工法开挖隧道不可避免会对周边环境造成的一定程度影响。在开挖之前,为了保证隧道开挖面周边围岩土体的安全稳定性,可根据暗挖隧道的开挖面面积和现场地质水文条件决定采用合适的超前预支护技术进行开挖面的加固。大断面暗挖隧道超前预支护采用的管幕预筑法就是其中一种有效的施工技术工艺。然而在超前预支护的施工期间,管幕顶管引起的地面变形是不容忽视的。相对于采用小口径顶管的传统管幕工法引起的地表沉降效果,使用大直径钢管群顶进形成的管幕预支护体系对地表造成的变形更大。因此根据超前预支护管幕群顶推产生的受力与变形的已有研究成果,结合现场原位观测数据利用有限元数值模拟软件MIDAS/GTS对超前预支护管幕顶管施工引起的地层移动进行建模分析,以验证所建分析模型的参数合理与否。由此可为类似管幕顶管工程提供一定的参考价值。本文开展的工作主要包括以下几个方面：(1)查阅有关管棚、管幕以及顶管的文献,简要综述管棚预支护力学分析、管棚管幕的施工问题、管幕顶管引起的受力变形以及地层位移的研究现状；(2)利用桩间土拱效应理论推演的顶管间距设计方法,并结合本工程实际情况,验证本工程设计间距是否满足稳定性要求；(3)在详细分析管幕群顶推工况所引起的地层变形的监测数据规律基础上,根据广东珠海某暗挖隧道超前预支护管幕施工工况,取该工程提供的地质勘察报告的参数进行平面应变的建模分析椭圆密排大直径钢管的群顶进对地面沉降和地层水平位移的影响。为了验证原位观测数据和模拟分析结果的合理性,在单根顶管引起的地表沉降理论计算研究上分析不考虑顶管间相互作用情况的管幕顶进的地面变形计算公式;(4)虽然在对比应力分析和渗流—应力耦合分析的土体水平位移可知,地下涌水引起的孔隙水压力对土层水平位移不起作用,但是实测数据、模拟分析和理论计算的对比分析表明群管幕引起的地表沉降的主要影响因素除了土体损失之外,地下水涌水是管幕顶管工程中对周边环境影响最为明显的影响因素。为了了解地下水下降导致的地表沉降,利用MIDAS/GTS的非稳定流分析模拟涌水前后地表沉降的变化。同时运用太沙基土体固结沉降的理论分析,进行对比分析模拟分析结果、理论计算以及实测数值,验证模拟和理论的合理性。
【关键词】：超前预支护管幕 顶管 MIDAS/GTS 渗流应力数值模拟分析 地下水位 地表沉降
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U456.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-31
• 1.1. 引言14
• 1.2. 管幕技术简介14-17
• 1.2.1. 隧道施工工法简述14-16
• 1.2.2. 管幕技术发展历程16
• 1.2.3. 管幕支护技术及受力原理16-17
• 1.3. 国内外研究现状17-28
• 1.3.1. 引言17-18
• 1.3.2. 管棚研究现状18-21
• 1.3.3. 顶管研究现状21-23
• 1.3.4. 顶管施工引起地面变形的计算23-28
• 1.4. 本文的主要研究工作28-31
• 1.4.1. 课题研究背景和意义28-29
• 1.4.2. 本文的创新点29-30
• 1.4.3. 本文的工作30-31
• 第二章 管幕的力学行为分析31-44
• 2.1. 引言31
• 2.2. 浅埋隧道开挖引起的围岩压力31-32
• 2.3. 管幕受力行为分析32-44
• 2.3.1. 管幕间土体稳定性分析32-38
• 2.3.2. 管幕纵向力学模型38-44
• 第三章 管幕顶管监测分析44-68
• 3.1. 工程背景44
• 3.2. 工程水文地质条件44-45
• 3.2.1. 工程地质44-45
• 3.2.2. 水文条件45
• 3.3. 管幕施工组织45-48
• 3.4. 暗挖隧道顶管施工现场监测及分析48-62
• 3.4.1. 监测内容及测点布置48-50
• 3.4.2. 地下水位分析50-52
• 3.4.3. 地表沉降监测分析52-58
• 3.4.4. 风雨廊沉降监测分析58-60
• 3.4.5. 土体深层侧向位移监测结果分析60-62
• 3.5. 计算值与实际监测值的对比62-66
• 3.5.1. 引言62
• 3.5.2. Peck公式计算62-63
• 3.5.3. Loganathan&Poulos公式计算63
• 3.5.4. 随机介质理论公式计算63-64
• 3.5.5. 计算值与实测值对比64-66
• 3.6. 本章小结66-68
• 第四章 管幕群顶进数值模拟分析68-94
• 4.1. MIDAS/GTS软件概述68-73
• 4.1.1. MIDAS有限元分析适用领域68-69
• 4.1.2. 达西定律69-70
• 4.1.3. 有限元方程70
• 4.1.4. 耦合分析的基本方程70-71
• 4.1.5. 摩尔库仑本构模型71-73
• 4.2. 管幕模型的建立73-76
• 4.2.1. 基本假定73
• 4.2.2. 参数设置73-74
• 4.2.3. 模型几何尺寸和网格74-75
• 4.2.4. 水头边界设置75-76
• 4.3. 数值模拟结果分析76-84
• 4.3.1. 土体深层侧向位移模拟结果分析78-79
• 4.3.2. 地表沉降模拟结果分析79-82
• 4.3.3. 地层位移详细分析82-84
• 4.4. 涌水致地下水骤降的分析研究84-93
• 4.4.1. 涌水概述84-85
• 4.4.2. 涌水位置的模拟预测85-86
• 4.4.3. 涌水致地下水下降引起的地表沉降计算86-89
• 4.4.4. 涌水引起的地表沉降监测数据分析89
• 4.4.5. 地下水下降的非稳定流分析89-92
• 4.4.6. 管幕施工失水的控制措施92-93
• 4.5. 本章小结93-94
• 结论与展望94-97
• 结论94-95
• 进一步展望95
• 计算公式95
• 有限元模拟分析95-97
• 参考文献97-102
• 攻读学位期间发表的相关论文102-104
• 致谢104

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本文编号：404534