粉砂土地基盾构施工开挖面稳定性及环境影响研究

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1、浙江大学建工学院硕士学位论文粉砂土地基盾构施工开挖面稳定性及环境影响研究姓名：朱季申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：唐晓武20100310摘要盾构法作为地铁隧道施工中一种最主要的施工方法已在我国得到广泛应用。土压平衡盾构施工的安全性控制以及施工所引起的环境变化是盾构隧道设计和施工中非常关心的问题，由于粉砂土性质介于砂土和粘土之间，其在盾构施工过程中表现出的工程特性难以掌握，因此在粉砂土地基中该问题显得尤为突出。本文的主要研究工作包括：(1)针对土压平衡盾构双线隧道施工引起的周边土体环境变化进行了现场实测。测试结果表明，土体中孔隙水压力随着盾构掘进呈锯齿形的上升下降变化，后掘进隧

2、道对先掘进隧道具有挤压作用，合理的注浆参量有利于控制盾构隧道周围的土体变形。(2)分析了土压平衡盾构施工中盾构与土体的相互作用，通过Mindlin解进行坐标转化，推导了刀盘和土体之间的摩擦所引起的土体变形计算公式，修正了土体损失引起的土体变形计算公式，完善了盾构施工引起的地表变形计算公式，验证了刀盘扭矩引起地表沉降非对称分布的现象，该方法适合于施工阶段。(3)利用三维有限差分法对在饱和粉砂土地基中土压平衡盾构在施工状态下的稳定性问题进行了研究，得出了饱和粉砂土地基施工状态下盾构开挖面的极限支护压力设置范围，并分析了隧道埋深、地下水位、停机时间以及土体性质对盾构开挖面极限支护压力的影响。

3、本文通过现场实测总结了粉砂土地基中双线盾构隧道施工引起的周围土体环境变化规律，利用基于Mindlin解推导的盾构施工地表变形公式分析了盾构施工引起的土体变形，并通过数值分析方法得出了粉砂土地基中盾构开挖面极限支护压力的设置范围，为粉砂土地基中的盾构隧道施工安全提供了参考。关键词：盾构隧道；粉砂土地基；现场实测；土体变形；极限支护压力AbstractTheshieldtunnelingmethod，asoneofthemainconstructionmethodsofmetrotunneling，hasbeenusedwidelyinChina．Thesafetycontrolofexc

4、avationfaceandvariationofsoilenvironmentinducedbyshieldtunnelingisthemainissueduringshieldtunneldesignandconstruction．Becausethepropertyofsandysiltisusuallybetweenthatofsandandthatofclay,itishardforengineerstounderstandtheengineeringpropertyofsandysiltduringshieldtunneling．Themainresearchcontent

5、sare2Lsfollows：(1)Relevantin-situmeasurementisexecutedduringHangzhoumetrotunnelinginsandysilt．Fromtheresults，itisconcludedthatvariationofporepressureagainstdistanceisaZigzag—shapedistributionagainstdistance．Thelattershieldtunnelinghasthrustinfluenceonearliershieldtunneling，andreasonablegroutingh

6、elpstocontrolsoildeformationaroundshieldtunnel．(2)Theinteractionbetweensoilandshieldisanalyzed．TheformulationofsoildeformationinducedbytorquebetweensoilandcutterheadisobtainedderivedfromMindlinsolutionwhichcouldverifythephenomenonthatthesettlementtroughisassymmetric．Byrevisingformulationofsoilde

7、formationinducedbysoilloss，thetotalformulationofsoildeformationisobtainedwhichisusefulinconstructionstage．(3)Athree—dimensionalfastLagrangiandifferentialfiniteelementmethodisusedtosimulatethedeformationandfailureofexcavation