【博士】復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究【2003】

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　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2003年　　隧道城市地鐵工程在我國的蓬勃發(fā)展，預(yù)計(jì)2l世紀(jì)初至中葉將是我國大規(guī)模建設(shè)地鐵的年代，與此相關(guān)，也會(huì)涌現(xiàn)出大量的巖土工程技術(shù)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(shè)施和地下管線等的安全，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，如何在隧道施工過程中防止坍塌并可靠地預(yù)計(jì)和有效地控制施工所引起的地面沉陷以保護(hù)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(shè)中必須解決的一項(xiàng)重要課題?！　【偷貙榆浫醺凰膹?fù)雜工程地質(zhì)條件、暗挖隧道結(jié)構(gòu)呈洞群系統(tǒng)的復(fù)雜工程施工條件、近鄰建筑物和管線密布的復(fù)雜工程邊界條件而言，進(jìn)行隧道工程的施工，其施工難度和風(fēng)險(xiǎn)極大，地表沉降機(jī)理及施工所引起的地表沉降分布形態(tài)也極為復(fù)雜，國內(nèi)外有關(guān)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(shí)踐是極不相稱的。文中緊密結(jié)合深圳地鐵大區(qū)間實(shí)際工程背景進(jìn)行了相關(guān)的研究和分析，為了使研究成果合理可靠，綜合運(yùn)用多種研究手段，以相互印征和取長補(bǔ)短?！　≡谒淼朗┕に鸬牡乇沓两档念A(yù)計(jì)中，合理地模擬隧道的開挖支護(hù)施工過程以及各種支護(hù)措施的力學(xué)效果是至關(guān)重要的，因此，文中首先對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究。為了研究復(fù)雜群洞隧道工程施工所引起的地表沉降問題，針對(duì)地下工程施工過程的非線性特點(diǎn)，以地表沉降作為施工控制目標(biāo)，結(jié)合動(dòng)態(tài)規(guī)劃原理，建立了群洞隧道開挖順序優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步結(jié)合控制論建立了隧道施工對(duì)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(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，對(duì)施工措施及策略進(jìn)行了優(yōu)化分析；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)復(fù)雜群洞隧道的施工過程進(jìn)行了三維非線性動(dòng)態(tài)仿真模擬，同時(shí)利用離心試驗(yàn)研究了群洞隧道施工對(duì)地表沉降的影響，從而預(yù)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(zhì)中隧道工程施工所引起的地表沉降的流交效應(yīng)，詳細(xì)推導(dǎo)了隧道開挖的彈一粘一塑性有限元列式，并研制了相應(yīng)的三維有限元分析程序，預(yù)測了實(shí)際隧道工程施工過程中地表沉降的時(shí)空分布形態(tài)；為了預(yù)測隧道施工過程地下水對(duì)地表沉降的影響，基于滲流．應(yīng)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(shí)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(dòng)態(tài)變化邊界；為了掌握隧道施工對(duì)近鄰管線的影響，通過數(shù)值模擬、離心模型試驗(yàn)研究了隧道施工對(duì)管線的影響，利用給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)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(zhǔn)，給出了相應(yīng)的地表沉降控制基準(zhǔn)值作為施工監(jiān)測目標(biāo)。同時(shí)，對(duì)隧道施工對(duì)建筑物的影響也進(jìn)行了相應(yīng)的分析?！　≡谏鲜鲅芯恐?，通過將數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究成果與現(xiàn)場量測成果進(jìn)行比較，結(jié)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(yù)測預(yù)報(bào)的良好效果，為實(shí)際工程施工提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)、決策作用，解決了施工中一系列的技術(shù)關(guān)鍵和難題，為類似工程的設(shè)計(jì)、施工和研究豐富和積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。良好的施工業(yè)績表明，加大重大、復(fù)雜工程的科研投入力度，是地下工程發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。　　

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