【博士】復雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究【2003】

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內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度： 2003年　　隧道城市地鐵工程在我國的蓬勃發(fā)展，預計2l世紀初至中葉將是我國大規(guī)模建設地鐵的年代，與此相關，也會涌現出大量的巖土工程技術問題需要解決。在市區(qū)修建地鐵隧道工程，施工所引起的地面沉陷將有可能危及周圍建筑設施和地下管線等的安全，造成嚴重的經濟損失和社會影響。因此，如何在隧道施工過程中防止坍塌并可靠地預計和有效地控制施工所引起的地面沉陷以保護工程沿線建筑物和地下管線的安全，已成為城市地鐵工程建設中必須解決的一項重要課題?！　【偷貙榆浫醺凰膹碗s工程地質條件、暗挖隧道結構呈洞群系統(tǒng)的復雜工程施工條件、近鄰建筑物和管線密布的復雜工程邊界條件而言，進行隧道工程的施工，其施工難度和風險極大，地表沉降機理及施工所引起的地表沉降分布形態(tài)也極為復雜，國內外有關這方面的研究成果很少，薄弱的理論研究和蓬勃發(fā)展的此類工程實踐是極不相稱的。文中緊密結合深圳地鐵大區(qū)間實際工程背景進行了相關的研究和分析，為了使研究成果合理可靠，綜合運用多種研究手段，以相互印征和取長補短。　　在隧道施工所引起的地表沉降的預計中，合理地模擬隧道的開挖支護施工過程以及各種支護措施的力學效果是至關重要的，因此，文中首先對這個問題進行了詳細的研究。為了研究復雜群洞隧道工程施工所引起的地表沉降問題，針對地下工程施工過程的非線性特點，以地表沉降作為施工控制目標，結合動態(tài)規(guī)劃原理，建立了群洞隧道開挖順序優(yōu)化的數學模型，進一步結合控制論建立了隧道施工對地表沉降影響的控制模型，為了確保施工所引起的地表沉降在控制標準內，對施工措施及策略進行了優(yōu)化分析；在此基礎上進行了實際工程應用，對復雜群洞隧道的施工過程進行了三維非線性動態(tài)仿真模擬，同時利用離心試驗研究了群洞隧道施工對地表沉降的影響，從而預測了群洞隧道施工過程中地表沉降的空間分布形態(tài)；為了研究軟弱巖土介質中隧道工程施工所引起的地表沉降的流交效應，詳細推導了隧道開挖的彈一粘一塑性有限元列式，并研制了相應的三維有限元分析程序，預測了實際隧道工程施工過程中地表沉降的時空分布形態(tài)；為了預測隧道施工過程地下水對地表沉降的影響，基于滲流．應力耦合分析理論，研究了隧道降水施工或施工中伴隨隧道周邊失水時的地表沉降分布形態(tài)，并用流體體積(VOF)方法來追蹤自由水面的動態(tài)變化邊界；為了掌握隧道施工對近鄰管線的影響，通過數值模擬、離心模型試驗研究了隧道施工對管線的影響，利用給出的評價標準，預測了管線的安全狀態(tài)，并研究了隧道施工過管線地段的地表沉降控制基準，給出了相應的地表沉降控制基準值作為施工監(jiān)測目標。同時，對隧道施工對建筑物的影響也進行了相應的分析。　　在上述研究中，通過將數值模擬、試驗研究成果與現場量測成果進行比較，結果表明，研究成果與測試成果基本吻合，說明文中的研究成果是合理可信的，起到了施工超前預測預報的良好效果，為實際工程施工提供了理論依據和指導、決策作用，解決了施工中一系列的技術關鍵和難題，為類似工程的設計、施工和研究豐富和積累了寶貴的經驗。良好的施工業(yè)績表明，加大重大、復雜工程的科研投入力度，是地下工程發(fā)展的一個必然趨勢。　　

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