城市隧道施工地層變形時(shí)空統(tǒng)一預(yù)測(cè)理論及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市地鐵、市政道路隧道、各種市政地下隧道在城市中也得到了大量發(fā)展。由于城市中建筑物和地下管線密布，隧道施工將不可避免的引起周邊地層的移動(dòng)和變形，并可能對(duì)已有建筑管線設(shè)施產(chǎn)生不利影響。本論文在前人研究的基礎(chǔ)上，從隧道施工引起的地層移動(dòng)與變形的機(jī)理出發(fā)，以隨機(jī)介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，并結(jié)合土體固結(jié)壓密理論以及Mindlin彈性理論等，考慮隧道開(kāi)挖地層移動(dòng)與變形的時(shí)間一空間發(fā)展過(guò)程，系統(tǒng)的對(duì)城市隧道礦山法及盾構(gòu)法施工引起的

2、地層移動(dòng)與變形的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究，推導(dǎo)了相應(yīng)的計(jì)算公式，并從理論角度探討了隧道施工地層變形的影響因素及其影響程度。最后結(jié)合概率理論探討了地層變形計(jì)算的可靠性。論文主要完成了以下研究?jī)?nèi)容： (1)以隨機(jī)介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，從單元開(kāi)挖引起的地層變形出發(fā)，建立了能考慮隧道反復(fù)施工停工、隧道掘進(jìn)速度變化、隧道地質(zhì)條件變化、單隧道多分部開(kāi)挖、多隧道平行或交疊施工、半無(wú)限開(kāi)挖等多種不同施工條件下地層變形的時(shí)間-空間統(tǒng)一計(jì)算公式，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)地

3、層變形時(shí)空過(guò)程的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。 (2)研究了隧道施工地層變形計(jì)算參數(shù)的確定方法，分析了隧道洞內(nèi)收斂變形的時(shí)間過(guò)程，提出了因隧道洞內(nèi)監(jiān)測(cè)滯后所造成的數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題的處理方法，確定了隧道洞內(nèi)地層損失的具體計(jì)算方法，進(jìn)一步研究了地層變形計(jì)算參數(shù)的動(dòng)態(tài)反分析方法。 (3)針對(duì)不同的隧道開(kāi)挖橫斷面形狀，推導(dǎo)了圓形隧道、橢圓形隧道、馬蹄形隧道以及其它任意形狀隧道施工引起的地層變形的具體計(jì)算公式，并從滿足工程應(yīng)用的角度出發(fā)，提出了隧道施工地

4、層變形計(jì)算的簡(jiǎn)化方法。 (4)探討了巖土降水引起的地層有效應(yīng)力的時(shí)空變化過(guò)程，從單元有效應(yīng)力變化引起的單元體積變化出發(fā)，推導(dǎo)了單元土體疏水壓縮引起的地層變形計(jì)算公式，并進(jìn)一步討論了在隧道開(kāi)挖的同時(shí)導(dǎo)致土層部分疏水情況下地層變形時(shí)空過(guò)程的具體計(jì)算方法，解決了疏水引起的地層變形時(shí)空過(guò)程的計(jì)算問(wèn)題。 (5)從經(jīng)典的Mindlin彈性理論公式出發(fā)，考慮盾構(gòu)施工推進(jìn)過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)位置不斷變化的實(shí)際情況，建立了盾構(gòu)施工推進(jìn)過(guò)程的力學(xué)計(jì)

5、算模型，由此推導(dǎo)了盾構(gòu)推進(jìn)工作面附加壓力以及盾構(gòu)機(jī)外壁與土層摩擦力作用下隧道周邊地層變形的計(jì)算公式，解決了盾構(gòu)法施工隧道工作面附近地層變形在時(shí)間和空間上的準(zhǔn)確計(jì)算問(wèn)題。 (6)考慮隧道施工過(guò)程中地層參數(shù)、施工參數(shù)等對(duì)隧道周邊地層變形的隨機(jī)性影響，將可靠度理論、隨機(jī)介質(zhì)理論以及其它相關(guān)理論相結(jié)合，研究了隧道施工地層變形計(jì)算的可靠性，同時(shí)針對(duì)目前相關(guān)計(jì)算參數(shù)的統(tǒng)計(jì)資料還比較欠缺的實(shí)際情況，利用蒙特卡羅(Monte-Carlo)理論通

6、過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)隨機(jī)變量進(jìn)行取樣，實(shí)現(xiàn)了按可靠度理論對(duì)地層變形進(jìn)行具體計(jì)算。 (7)根據(jù)理論研究成果，采用VC++6.0和MATLAB聯(lián)合編程的方法，編制開(kāi)發(fā)了地層變形時(shí)空統(tǒng)一計(jì)算軟件，該軟件能實(shí)現(xiàn)礦山法隧道、盾構(gòu)法隧道多分部施工以及施工降水等引起的地層變形的確定性計(jì)算、可靠性計(jì)算和多維圖形顯示，并具有計(jì)算參數(shù)反分析和存儲(chǔ)功能，多個(gè)工程實(shí)例的計(jì)算驗(yàn)證了程序的可靠性。 (8)討論了隧道縱向施工分部前后間距，對(duì)向、背向施工，橫斷面