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城市地下隧道施工对邻近建筑物的影响及控制研究

作　者: 王星
导　师: 曹喜仁；刘齐建
学　校: 湖南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 隧道工程浅埋暗挖隧道建筑物变形加固措施监控量测
分类号: U455
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 219次
引　用: 2次
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内容摘要

随着社会进步和城市的发展,地面与地下空间的综合开发利用也日益增多,于此同时,在施工阶段会涌现大量的岩土工程技术问题需要解决。在市区修建地下隧道工程,施工所引起的地面沉陷将有可能危机周围建筑设施和地下管线等安全,从而造成严重的经济损失和社会影响,尤其在城市建筑物密集地段修建隧道时,该问题更加突出,因此该如何保护沿线建筑物已经成为亟待解决的重要课题。一般地,在地铁隧道设计是没有考虑周边沿线建筑物情况的,施工中主要是以控制地表的沉降为主,国内的通常做法是规定一个沉降上限3cm或隆起上限1cm,一旦超过该值就调整施工方法或修改隧道的初步设计。这种规定往往是根据专家经验,缺乏理论依据。这种做法不能考虑具体的地质条件、地表建筑物结构的具体形态、建筑物与隧道的施工响应,所以经济性、适用性、针对性不强,因此采取的加固措施及补充措施未必可取,一般情况下是过于保守。为了进一步研究隧道施工对建筑物变形的影响机理及二者的动态响应关系,本文紧密结合青岛胶州湾湾口海底隧道接线端工程中下穿老城区密集高层建筑物群为实际工程背景进行相关的研究和分析,为使研究成果合理可靠,本文运用多种理论研究、有限元模拟、现场监控量测和及时信息反馈等多种研究手段相结合,相互补长取短。具体的说,得到了以下有益成果:(1)本文分析隧道施工产生的地层位移与变形机理,得出建筑物地基损害程度主要与地层条件、地层变形大小、基础和结构形式、隧道与建筑物位置等有关。(2)本文分析并应用浅埋隧道平面弹性位移解析理论,估算了隧道施工开挖对邻近建筑物造成的地表附加沉降。(3)本文在经典Peck理论基础上进一步研究,从环境控制与结构材料极限容许变形两方面分析并应用该理论,确定了青岛胶州湾实际工程地区的地层沉降控制基准,摆脱了经验的盲目性,使适用性更强。(4)本文通过有限元更真实的模拟了施工开挖的过程,更好的分析了隧道施工中与邻近建筑物相互动态响应关系及施工对建筑物造成的影响,采取了相应的施工方法及加固措施,同时又进行监控量测,确保了地面建筑物的安全。在上述研究中,通过将理论计算、有限元模拟、现场监测成果进行比较,结果表明,研究成果与实测结果有一致性,说明本文的研究是合理可行的,为实际依托工程提供的理论依据和指导,同时为以后类似工程起了良好的借鉴意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究意义  11-13
    1.1.1 研究背景  11-12
    1.1.2 研究意义  12-13
  1.2 隧道施工地层移动与变形研究现状  13-18
    1.2.1 经验公式法  13-16
    1.2.2 解析法  16-17
    1.2.3 数值分析方法  17-18
    1.2.4 其他的研究方法  18
  1.3 隧道施工对邻近建筑物影响研究现状  18-19
  1.4 本文研究的研究思路、内容和方法  19-21
    1.4.1 本文的研究思路  19-20
    1.4.2 本人研究的主要内容  20-21
第2章隧道下穿邻近建筑物施工分析  21-34
  2.1 工程概况  21-23
    2.1.1 工程地质条件  22
    2.1.2 下穿段地面建筑物状况  22-23
    2.1.3 工程难点与重点  23
  2.2 隧道下穿建筑物施工时影响分析的必要性  23-25
    2.2.1 隧道施工和建筑物安全的需要  23
    2.2.2 隧道施工中保护周围环境的需要  23-25
  2.3 隧道施工开挖对邻近建筑物的影响  25-28
    2.3.1 隧道开挖对建筑地基的损害形式  25-27
    2.3.2 隧道开挖对建筑物损害的影响因素  27
    2.3.3 建筑结构抵抗变形的性能  27-28
  2.4 隧道邻近建筑物施工影响范围划分  28-31
    2.4.1 施工影响范围的划分  28-30
    2.4.2 工程应用  30-31
  2.5 隧道邻近建筑物施工的评价分析  31-33
    2.5.1 两阶段法（即简化分析法）  31-32
    2.5.2 三阶段法  32
    2.5.3 影响预测方法  32-33
  2.6 小结  33-34
第3章隧道开挖引起建筑物变形的理论与控制基准  34-51
  3.1 隧道开挖过程中地层沉降变形规律  34-36
    3.1.1 地层沉降规律分析  34-35
    3.1.2 地层横向变形规律  35-36
    3.1.3 地层纵向变形规律  36
  3.2 地面建筑物变形控制标准及保护等级  36-39
    3.2.1 地面建筑沉降及倾斜反应容许控制标准  37-38
    3.2.2 地面建筑物的破坏等级及特征  38-39
  3.3 浅埋隧道平面弹性位移解析方法及应用  39-45
    3.3.1 问题描述及复变函数基本原理  40-41
    3.3.2 保角映射  41-42
    3.3.3 边界条件  42-44
    3.3.4 解析解的确定  44
    3.3.5 工程算例  44-45
  3.4 基于PECK 理论及沉降控制基准的确定  45-49
    3.4.1 按照环境控制要求分析地面沉降的控制基准  46-48
    3.4.2 按照工程结构要求分析地面沉降的控制基准  48-49
  3.5 地面建筑物允许沉降值的理论计算结果  49
  3.6 小结  49-51
第4章隧道对邻近建筑物影响的有限元模拟分析  51-65
  4.1 弹塑性有限元基本理论  51-53
    4.1.1 弹塑性问题的增量有限元理论  51-52
    4.1.2 弹塑性问题的求解  52-53
  4.2 隧道施工开挖模拟  53-55
    4.2.1 反转应力释放法  53-54
    4.2.2 空单元法  54-55
    4.2.3 混合法  55
    4.2.4 现有各种方法的比较  55
  4.3 支护结构及其效果模拟  55-56
  4.4 隧道近接高层建筑物施工有限元模拟  56-64
    4.4.1 工程概况  56-57
    4.4.2 计算模型及计算参数  57-59
    4.4.3 典型断面计算结果  59-63
    4.4.4 计算结果分析  63-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章隧道施工引起地面建筑物变形的保护措施  65-79
  5.1 地下水的控制  65
  5.2 地层变位的防治措施  65-68
    5.2.1 隧道自身防治措施  66
    5.2.2 地层技术处理措施  66-68
  5.3 建筑物的加固措施  68-70
    5.3.1 常见建筑物加固措施种类  68-69
    5.3.2 不同位置下对建筑物的加固措施  69
    5.3.3 工程实例  69-70
  5.4 对爆破震动的控制  70-76
    5.4.1 爆破振动的控制标准  71-72
    5.4.2 爆破减震措施  72
    5.4.3 爆破振动监测  72-73
    5.4.4 爆破振动监测结果分析  73-76
  5.5 监控量测及分析  76-78
    5.5.1 地面建筑物的下沉和倾斜量测  76-77
    5.5.2 监控量测结果分析  77-78
  5.6 本章小结  78-79
第6章结论与展望  79-81
参考文献  81-86
致谢  86-87
附录 A(攻读学位期间所发表的学术论文)  87

城市地下隧道施工对邻近建筑物的影响及控制研究

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