大跨径薄覆盖层输水隧洞施工过程数值模拟-研究

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1、华北水利水电大学硕士学位论文4．3．1基本假设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．344．3．2计算方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．344．3．3计算参数及模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．364．3．4数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．4现场监测值与数值模拟结果对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯474．4．1沉降曲线对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯474．4．2暗渠施工对地表建筑物的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．505比选方案及其施工过程模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．1比选方案

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．2比选方案施工过程模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯535．2．1围岩应力释放⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．535．2．2参数选取及模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．545．2．3施工工序模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．555．3数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．565．3．1地层位移分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．565．3．2地表位移分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．575．4地表变形对地表建筑物的影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．696结

3、论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7l6．1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．716．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．71攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．75参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯77附录一地层位移云图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．81附录二地基变形破环标准⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯109VI1绪论1．1研究背景地下工程的出现为各类建筑工程的选址开辟了广阔的前景。目前，地下

4、空间已开始作为极其重要的自然资源加以开发，在我国各领域已有大量使用。随着科学技术的不断进步，建筑材料的不断创新，施工工艺的不断发展，越来越多的地下工程得以兴建。地下工程的发展也为我们的生活、工作以及生存都带来了诸多益处。地下工程是--l'-J经验性很强的学科，虽然地下工程在理论上已经发展的较为成熟，但岩土介质作为地下工程的对象包含着多种随机因素，比如，非均匀性和各向异性、地质构造和结构面、应力一应变的非线性关系、初始地应力和地下水等，正确掌握这些因素及其变化规律非常困难。因此，还有许多问题有待我们探讨研究。隧道

5、工程是目前应用最为广泛的地下工程，其应用领域是非常广泛的。社会的发展使得各种大型隧道工程不断兴建，例如城市地铁隧道、公路隧道、水工输水隧洞等。然而由隧道施工引起的地表变形一直是我们所担忧的问题。隧道施工会对地层产生一定的扰动，继而使地表产生非均匀沉降，甚至开裂，当隧道工程需要穿越城市或上部有建筑物时，这种非均匀沉降就会对上部建筑产生不利的影响。而基础的非均匀沉降又是对建筑物危害最大的，这是非常值得我们重视的工程问题。目前，大多数隧道工程都是潜埋隧道工程，就潜埋隧道工程而言，其施工对地层的扰动会引起地表产生一定的

6、沉降效应，而往往潜埋隧道上覆土体工程性能较差，这会使隧道施工对地表变形的影响更加显著。然而这种由施工引起的地表沉降影响因素很多，例如上覆土体性能、隧道断面尺寸大小、洞子埋深、施工工艺、支护情况等。因此，如何合理预测、把握隧道施工所引起的地表变形是一个非常重要的课题，也是一个值得我们关注的问题。很多学者针对此问题做了大量的研究，试图以科学的方式对施工引起的地表变形进行解释。南水北调工程是缓解我国北方地区水资源短缺和生态环境恶化状况、促进全国水资源优化配置的重要战略举措，是跨流域、跨省区的特大型调水工程。南水北调工

7、程规模大，施工条件复杂、难点多、难度大，建设质量要求高和周期要求严，工程建设的巨型化、复杂化、快速化特征十分明显。山门河暗渠工程是南水北调中线总干渠黄河北’菱河北段中一项控制性工程，为南水北调中线工程段断面最大的无压引水隧洞。暗渠洞身围岩为第四系松散层散体结构，主要由卵石及重粉质壤土组成。如此地质条件下开挖如此大断面的引水隧洞在国内水利工程中十分罕见。因山门河暗渠出口裹头段开挖施工，水采社区大部分房屋于2009年底拆迁，未搬迁的66户水采社区居民房屋位于暗渠上方IV47+530一IV47+630(接近暗渠出口)

8、长约100米、宽200米范围内。暗渠右洞开挖至桩号IV47+591时，此时左洞开挖至桩号IV47+556，水彩社区部分房屋出现表观的墙体裂缝、粉刷层空鼓、板间板华北水利水电大学硕士学位论文底缝、屋面防水层裂缝等现象。隧洞施工难免会引起地表变形，这种变形对上部建筑的影响是我们最为关注的问题，过大的地表沉降与变形将会严重危害地面建筑物的安全和地下管线等设施的正常使用。因此，准确预测山门河暗