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多跨浅埋暗挖隧道地面沉降控制技术研究

作　者: 吴永照
导　师: 方理刚
学　校: 中南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 浅埋暗挖 管棚 土拱效应 注浆 地面沉降 数值分析
分类号: U455.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 249次
引　用: 2次
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内容摘要


浅埋暗挖法由于其施工方法简单，适应性强而得到广泛应用。但是浅埋地下结构的开挖不可避免地要引起地面沉降，并且在不同条件下变形量表现出较大的差异，因此研究合理的预加固措施和施工工法控制地面沉降是十分必要的。本文选取一典型的多跨浅埋暗挖隧道为研究对象，通过理论推导和数值分析，研究了预加固措施对控制地面沉降的作用机理，并确定了多跨浅埋暗挖隧道的合理施工顺序。主要研究工作如下：1、总结分析隧道开挖引起地面沉降的作用机理，基于比奥(Boit)固结理论，重点推导了隧道开挖固结排水引起地面沉降的作用机理；2、分析了运用大管棚加固地层的作用机理，提出了隧道拱部形成“棚”和“架”的条件，根据棚架体系观点，指出管棚主要起加固围岩并扩散围岩压力的作用，同时减少了开挖释放应力；3、应用Mohr-Coulomb屈服准则，推导了注浆后岩土体的屈服参数，进而得到了注浆加固地层控制地面沉降的作用机理；4、分析了土拱原理，并利用土拱原理确定隧道分步开挖的合理开挖宽度；5、根据地下结构开挖施工的特点，应用有限元程序的“生”“死”单元模拟了隧道开挖施工对地表变形影响的全过程，并对各施工方案进行了比较和论证，得到了适合平顶多跨浅埋暗挖隧道的合理施工方法，并为类似工程施工方案、施工方法、注浆加固范围的选择提供了依据。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 立题的背景、意义及特点  7-9
  1.2 本文主要研究内容  9-10
  1.3 本论文的安排思路如下图所示  10-11
第二章 文献综述  11-22
  2.1 浅埋暗挖隧道工程地面沉降研究现状及我国的研究成就  11-13
  2.2 影响浅埋暗挖隧道工程地面沉降的主要因素  13-16
  2.3 地层位移预测方法  16-20
    2.3.1 经验公式预测方法  16-18
    2.3.2 数值模拟预测方法  18
    2.3.3 模型试验预测方法  18
    2.3.4 地层位移预测的专家系统和灰色理论  18-19
    2.3.5 地层位移的随机预测  19-20
  2.4 控制浅埋暗挖隧道工程地面沉降的主要工程方法  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 地面沉降机理分析  22-35
  3.1 排水固结引起的地面沉降  22-28
    3.1.1 失水固结引起地表沉降的机理  22-24
    3.1.2 比奥固结理论有限元方程  24-26
    3.1.3 固结排水的边界条件  26-28
    3.1.4 失水固结引起地表沉降的有限元模拟  28
  3.2 施工扰动引起的地面沉降  28-30
    3.2.1 施工扰动引起地面沉降的原因  28-29
    3.2.2 随着开挖面掘进，地面沉降的一般变化规律  29-30
  3.3 施工方法对地面沉陷的影响  30-34
    3.3.1 各种分步开挖法控制沉降的效果  31
    3.3.2 压缩空气法及其控制沉降的效果  31-32
    3.3.3 机械预切槽法及控制地面沉降的效果  32
    3.3.4 多跨平顶隧道浅埋暗挖法隧道施工方法的选择  32-34
  3.4 初期支护结构刚度引起的地面沉降  34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 辅助工法控制地面沉降的机理  35-47
  4.1 小导管注浆加固地层  36-42
    4.1.1 注浆加固地层的作用机理  37-41
    4.1.2 洞内注浆止水措施对地面沉降的影响  41-42
  4.2 大管棚加固地层的作用机理  42-46
    4.2.1 加固机理研究  42-44
    4.2.2 管棚的工作机理  44-46
  4.3 本章小结  46-47
第五章 施工过程的动态模拟分析原理  47-60
  5.1 利用土拱原理确定导洞开挖宽度  47-51
    5.1.1 土拱原理  47-48
    5.1.2 土拱存在的条件  48-49
    5.1.3 利用土拱原理合理确定隧道分部开挖的宽度  49-51
  5.2 本构关系的模拟  51-53
    5.2.1 土体的应力应变关系及屈服准则  51-53
  5.3 施工动态模拟原理及理论依据  53-59
    5.3.1 初始应力场计算  54-55
    5.3.2 释放荷载的计算原理  55-56
    5.3.3 开挖过程中释放荷载的计算  56-58
    5.3.4 开挖支护效果的实现  58-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章 施工动态模拟结果分析  60-70
  6.1 开挖的动态模拟  60-62
  6.2 模拟计算结果分析  62-68
    6.2.1 平行导洞开挖方式的对比研究  62-65
    6.2.2 上下导洞开挖方式对地面沉降的影响  65-67
    6.2.3 预支护加固效果的对比分析  67-68
  6.3 控制地面沉降的有效施工方法  68-69
  6.4 本章小结  69-70
第七章 结论与展望  70-71
  7.1 本文的主要研究结论  70
  7.2 对进一步研究的展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
攻读硕士论文期间发表的论文及科研情况  77

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道施工 > 施工方法
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