【碩士】濕陷性黃土地層盾構施工引發(fā)地層變形特性的研究【2008】

內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：工學碩士　　學位授予單位：北京交通大學　　學位年度： 2008年　　西安地鐵是地鐵工程界首次在濕陷性黃土地層中進行的城市地鐵建設，濕陷性黃土地層復雜性使黃土地層盾構掘進施工存在“問題多，難點多，數(shù)據(jù)少，參數(shù)缺”。對于濕陷性黃土地層，至今盾構施工沒有系統(tǒng)的盾構施工技術參數(shù)，直接構成濕陷性黃土地層盾構施工系統(tǒng)安全風險，直接影響隧道穿越西安古城墻、鐘樓、護城河的安全，直接影響隧道穿越隴海鐵路和地裂縫的安全，直接影響城市市政地下管線的安全，所以，提出“濕陷性黃土地層盾構施工引發(fā)地層變形特性的研究”課題。　　圍繞課題研究，首先對濕陷性黃土進行研究。在大量查閱黃土資料基礎上，針對黃土盾構施工，提出“濕陷性新黃土地層二元結構”。以此作為課題基礎平臺，研究盾構施工黃土地層變形規(guī)律。結合地鐵工程“西安軌道交通地鐵二號線盾構施工沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)”進行統(tǒng)計分析，采用數(shù)值模擬計算和理論分析，得到濕陷性黃土地區(qū)盾構施工的成果如下：　　1．濕陷性新黃土地層二元結構　　在分析濕陷性黃土Q3、Q4地層的物理力學性質基礎上，針對地鐵隧道盾構施工，提出“濕陷性新黃土地層二元結構理論”，系統(tǒng)地研究黃土二元結構的組成結構、應力路徑、本構關系和上下元結構位移變形的耦合。指出：新黃土二元地層結構上元非飽和黃土結構是結構性黃土，具有節(jié)理性，彈性脆性破壞，在浸水情況下發(fā)生濕陷突變；下元飽和黃土類似一般的軟粘土，但仍具有濕陷性黃土的特殊性質(高含水率、高靈敏度和低強度，塑性變形破壞)。黃土二元地層結構耦合，在外力作用下上元將外力傳遞下元，下元結構受力作用下發(fā)生彈塑性變形；上元結構在下元變形作用下，沿自身節(jié)理裂隙發(fā)展產生剪切破壞?！　?．上元非飽和黃土結構地層變形　　在新黃土上元非飽和地層中盾構施工，與一般地層比較地層變形具有五個階段。地層沉降變形主要影響因素是地層損失、盾尾注漿黃土濕陷和固結變形。地層變形存在濕陷突變屬黃土脆性破壞；“盾尾注漿黃土濕陷"導致黃土濕陷9-15mm，地層損失沉降15-23mm，固結變形2-5mm。同時，擬合濕陷性黃土上元結構盾構施工地面沉降的修正Peck曲線，其中修正系數(shù)k是綜合系數(shù)，與地質勘察、隧道埋深、盾構機狀態(tài)、盾構施工水平和盾尾注漿相關，對西安黃土地層k的取值范圍k=1．30-1．45?！　?．下元飽和黃土結構地層變形　　與上元非飽和黃土結構相比較，下元飽和黃土盾構施工地層變形是地層損失，不存在盾尾注漿黃土濕塌的沉降突變。在下元飽和黃土結構盾構施工中，在上元非飽和黃土結構穩(wěn)定區(qū)域產生“壓力拱”，約束下元結構的沉降變形?！　?．掌子面穩(wěn)定狀態(tài)及其控制　　在分析施工掌子面穩(wěn)定極限狀態(tài)基礎上，通過數(shù)值計算分析和施工監(jiān)測，認為在盾構施工過程中，盾構施工圍巖地層存在三區(qū)(擠壓區(qū)、剪切區(qū)和松動區(qū))?！　⊙囟軜嬎淼赖貙踊咎幱趶椥誀顟B(tài)，主要是因為黃土的大孔隙、節(jié)理性和結構性的結果，使黃土盾構施工影響范圍在10-30％D。在上元非飽和黃土結構盾構施工時，盾構對土體的擾動范圍為10％D，而下元的擾動范圍為30％D，同時考慮上元結構的壓力拱作用?！　?

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