浅谈上软下硬地层中盾构隧道开挖面支护压力研究

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1、华中科技大学硕士学位论文上软下硬地层中盾构隧道开挖面支护压力研究姓名：陈强申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：郑俊杰2010-10-30华中科技大学硕士学位论文摘要盾构隧道开挖面稳定性及支护压力控制标准是目前隧道开挖过程中备受关注的问题之一。当盾构机通过上软下硬地层时，由于上部软弱地层和下部坚硬地层的刚度差异较大，导致开挖面支护压力比在均质土层中更难控制。支护压力控制不好，会造成开挖面失稳和地表产生较大沉降，对周围环境产生较大影响。所以对在上软下硬地层中盾构隧道开挖面支护压力进行研究具有重要的工程实际意义。本文主要研究了上软下硬土层中盾构隧道开挖面极限支

2、护压力和支护压力对地表变形的影响，具体研究内容如下：（1）采用大型有限差分软件FLAC3D研究上部软弱地层分别为淤泥和砂土时开挖面的破坏模式，得出两种情况的开挖面极限支护压力。分析了在不同开挖面支护压力作用下土层变形规律，结合楔形体模型推导出上软下硬土层盾构隧道开挖面极限支护压力理论计算公式，将理论计算结果与数值模拟结果进行对比，结果吻合较好。（2）建立盾构隧道开挖的动态数值仿真模型，讨论在不同隧道埋深和上软地层参数条件下，开挖面支护压力对地表变形的影响规律。结果表明：随着开挖面支护压力减小，地表沉降增大；随着隧道埋深的增大，地表沉降逐渐增大；上软土层强度增大

3、，地表沉降逐渐减小。（3）对广州至佛山段地铁工程进行实例分析，结合城市隧道地表变形控制标准，得出开挖面的合理支护压力，所得结论可为实际工程提供参考。关键词：盾构隧道上软下硬地层极限支护压力地表变形合理支护压力I华中科技大学硕士学位论文AbstractThestabilizationoftheshieldtunnelfaceandcontrolstandardsofsupportpressureareveryimportantproblemsintunnelprojects.Becauseoftheobviousstiffnessdifferencebetwee

4、ntheupperandlowerstrata,itismoredifficulttocontrolthesupportpressureofexcavationfaceforthetunnelspassingthroughthecompositegroundwithsoftandunderlyinghardstrataincontrastwiththosepassingthroughthehomogeneousground.Impropercontrolofsupportpressuremayleadtosignificantgroundsettlemento

5、revenfailureaccidents,whichwillseverelyaffectthesecurityoftheexistingstructures.Therefore,itisverysignificanttostudythesupportpressureofexcavationfaceofshieldtunnelsinthecompositegroundwithsoftandunderlyinghardstrata.Themainobjectiveofthisthesisistostudythestabilizationpressureoffac

6、eandtheinfluencelawofsupportpressureongrounddeformationinthecompositegroundwithsoftandunderlyinghard.Themaincontentsaresummarizedasfollows:(1)Thefinitedifferenceprogram,FLAC3D,isadoptedtostudythefailuremechanismoftheexcavationfacefortwodifferentcases,i.e.theupperstratumismuckysoilan

7、dsand,respectively.Andthecorrespondinglimitsupportpressuresoftheexcavationfaceareobtained.Thevariationlawsofthesoilmassdeformationwiththesupportpressureareanalyzedandsummarized.Basedontheconventionalwedgemodel,theoreticalformulasoflimitsupportpressureoftheexcavationfaceinthecomposit

8、egroundwithsoftandu