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上软下硬复合地层盾构施工掘进参数研究

作　者: 王恒
导　师: 程桦
学　校: 安徽建筑工业学院
专　业: 结构工程
关键词: 盾构复合地层掘进参数 FLAC3D数值模拟统计分析
分类号: U455.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

盾构工法在地铁隧道建设中得到了越来越广泛的应用。掘进参数的控制在盾构施工过程中起着至关重要的作用。目前,关于盾构掘进参数的研究多集中于均一地层条件下的盾构施工中,而有关上软下硬地层条件下盾构施工的掘进参数研究相对滞后。上软下硬复合地层条件是盾构隧道施工中一类常见的特殊地质条件,国内、外许多在上软下硬地层条件下修建隧道时出现不同程度的地表坍塌现象。因此,有必要就上软下硬地层条件下盾构掘进参数的合理选取做出预测,对掘进参数的变化对地表沉降的影响规律进行分析,对各掘进参数的内在关系进行研究,从而保证在上软下硬复合地层条件下盾构施工过程的安全,提高盾构掘进效率。本文在参考大量文献的基础上,以深圳地铁五号线民治站～五河站盾构区间为工程背景,对上软下硬复合地层盾构施工掘进参数进行了研究分析。主要工作如下：(1)对均一地层条件下盾构施工刀盘扭矩和盾构总推力的构成进行了分析,并给出了各组成部分的计算方法。在此基础上,对上软下硬不均地层条件下盾构施工刀盘扭矩和盾构总推力的构成进行了分析,并推导出各组成部分的计算方法。(2)根据工程实际,运用FLAC3D三维有限差分软件对盾构施工在同一掘进参数(土仓压力,壁后注浆压力、注浆量等)不同取值条件下引起的地表沉降及围岩变形进行数值模拟。模拟中,土仓压力以法向力的方式施加到开挖面上；壁后注浆压力和注浆量通过注浆效果的形式模拟。根据数值模拟结果分析了掘进参数变化对地表沉降及围岩变形的影响规律。(3)对实际工程中典型上软下硬复合地层盾构区间盾构施工过程中实际采集的掘进参数进行统计分析,得出上软下硬复合地层条件下盾构施工掘进参数的适用范围。并统计分析各个掘进参数间的相关性,验证上软下硬复合地层与均一地层条件下盾构施工掘进参数间的相关性的异同。并分析相异的原因。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
插图清单  11-13
附表清单  13-14
第一章绪论  14-26
  1.1 研究背景与意义  14-15
    1.1.1 地铁工程的快速发展  14
    1.1.2 盾构施工的广泛采用  14-15
    1.1.3 盾构施工地层条件的复杂化  15
  1.2 工程背景  15-17
  1.3 盾构法施工概述  17-19
    1.3.1 盾构工法简述  17-18
    1.3.2 盾构法发展概况  18-19
  1.4 盾构机概述  19-21
    1.4.1 盾构机简介  19-20
    1.4.2 复合盾构机简介  20
    1.4.3 盾构掘进参数简介  20-21
  1.5 国内、外研究现状  21-24
    1.5.1 复合地层条件下盾构施工研究现状  21-23
    1.5.2 盾构隧道数值模拟研究现状  23-24
  1.6 本文主要研究内容、研究方法和技术路线  24-26
    1.6.1 主要研究内容  24
    1.6.2 研究方法  24-25
    1.6.3 技术路线  25-26
第二章均一地层盾构施工刀盘扭矩和总推力计算理论  26-38
  2.1 均一地层盾构施工刀盘扭矩计算理论  26-33
    2.1.1 均一软土地层盾构施工刀盘扭矩计算  26-32
    2.1.2 均一硬岩地层盾构施工刀盘扭矩计算  32-33
  2.2 均一地层盾构施工盾构总推力计算理论  33-37
    2.2.1 均一软土地层盾构施工盾构总推力计算  33-36
    2.2.2 均一硬岩地层盾构施工盾构总推力计算  36-37
  2.3 本章小结  37-38
第三章复合地层条件下刀盘扭矩及盾构总推力计算  38-52
  3.1 复合地层盾构施工刀盘扭矩计算  38-44
    3.1.1 刀盘作用于软土层中的扭矩计算  38-43
    3.1.2 刀盘作用于硬岩层中的扭矩计算  43-44
  3.2 复合地层盾构施工总推力计算  44-47
    3.2.1 盾构作用于软土层中的总推力计算  44-47
    3.2.2 盾构作用于硬岩层中的总推力计算  47
  3.3 实例计算  47-50
    3.3.1 刀盘扭矩计算  48-49
    3.3.2 总推力计算  49-50
  3.4 本章小结  50-52
第四章复合地层盾构施工掘进参数变化对地层位移影响的数值模拟  52-72
  4.1 数值模拟软件简介  52-56
    4.1.1 FLAC程序基本介绍  52-53
    4.1.2 Mohr-Coulomb模型  53-56
  4.2 盾构隧道掘进过程的模拟  56-59
  4.3 计算模型及计算参数  59-60
    4.3.1 计算模型的建立  59
    4.3.2 计算参数  59-60
  4.4 土仓压力变化对周围地层及地表沉降的的影响  60-66
    4.4.1 土仓压力变化对周围土体位移的影响  60-63
    4.4.2 土仓压力变化对地表沉降的影响  63-66
  4.5 注浆效果对周围土体及地表变形的影响  66-71
    4.5.1 注浆效果对周围土体位移的影响  67-69
    4.5.2 注浆效果对地表沉降的影响  69-71
  4.6 本章小结  71-72
第五章复合地层盾构施工掘进参数统计分析  72-80
  5.1 掘进参数统计分析  72-74
  5.2 掘进参数相关性分析  74-78
  5.3 本章小结  78-80
第六章结论与展望  80-82
  6.1 结论  80-81
  6.2 展望  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
作者简介及读研期间主要科研成果  86

上软下硬复合地层盾构施工掘进参数研究

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