上海地区盾构施工期及工后土体固结反应特性研究

摘要

本文以上海复兴东路隧道工程为背景。复兴东路隧道由泥水平衡盾构施工，分北、南两线，为近间距平行隧道。两孔隧道间隔两个月同向推进(北线先行)。在南线推进过程中，对地表沉降、深层土体沉降、土体水平位移及孔隙水压力等进行了监测。 施工中遇到了一些特殊的地质、水文及施工条件，如上海粘土的低渗透性、隧道接近并通过弱承压含水层、双孔隧道近间距平行先后推进等，这些条件对盾构施工期及工后反应的影响，构成了本文的主要研究内容。 论文首先结合实际工况对监测数据进行了详细的分析，并通过与公开发表的关于上海地区单孔盾构隧道开挖的监测实例进行对比，得到了上海粘土中盾构开挖引起土体扰动的一般规律及复兴东路隧道监测数据所体现的特殊规律，并为随后的有限元分析奠定了可靠的实践基础。 其次，本文利用Biot静力固结理论、临界状态土力学理论及有限元方法，针对复兴东路隧道工程建立了u～p形式的有限元固结分析模型，并将计算得到的土体变形及孔隙水压力与现场监测值进行了对比。结果表明，本文所建模型能够反映实际工程的主要因素，而计算值与实测值在局部的某些差异也能得到合理的解释，从而证明了建模方法的可靠性。 最后，论文针对复兴东路隧道所遇到的特殊地质、水文及施工条件进行了分析。这其中包括盾构开挖引起上海粘土工期内及工后反应规律的研究、弱承压水的存在对隧道施工引起土体反应的影响规律研究、近间距平行隧道施工时隧道水平间距及两孔隧道开挖的间隔时间对土体反应的影响规律研究。研究表明：固结主要影响土体沉降，使沉降槽随时间变深变宽，对土体水平位移影响不大；承压水的存在显著减小了工期内及工后轴线上方地表沉降；渗透系数减小显著增加了沉降稳定所需要的时间，但对施工结束后产生的固结沉降量影响不大；近间距平行隧道施工中，隧道水平间距及纵向推进间隔时间会对地表沉降的形状、量值及先挖隧道的影响范围产生影响。 本文的目的在于建立一个切实可靠的建模方法，并针对上海复兴东路隧道得到一些有用的结论，以期为以后的类似工程提供借鉴。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1课题来源及意义

1.2文献综述

1.2.1经验预估方法

1.2.2解析方法

1.2.3数值方法

1.2.4智能预测方法

1.2.5试验方法

1.2.6现场监测

1.3论文主要研究内容及创新点

1.3.1主要研究内容

1.3.2研究创新点

第2章上海地区盾构隧道工程现场监测数据整理与分析

2.1芙蓉江(Furongjiang)隧道的施工监测(Yi et al.，1993)

2.1.1工程概况

2.1.2监测仪器布置及监测结果

2.2上海地铁2号线隧道的施工监测(Lee et al.，1999)

2.2.1工程概况

2.2.2监测仪器的布置及监测结果

2.3上海复兴东路隧道的施工监测结果与分析

2.3.1工程概况

2.3.2工程地质和水文地质

2.3.3监测仪器的布置

2.3.4监测结果

2.4本章小结

第3章盾构隧道施工有限元固结分析理论基础

3.1固结理论

3.1.1研究综述

3.1.2三维Biot静力固结理论

3.2土骨架本构模型

3.2.1修正剑桥模型(Wood，1990；蔡宏英，2001)

3.3 Biot静力固结方程的有限元解法

3.3.1边值方程的u～p形式及其有限元列式

3.3.2有限元列式的时域数值解法

3.3.3材料非线性的求解方法

3.4盾构施工过程的模拟

第4章近间距平行隧道施工三维有限元固结模拟

4.1三维固结分析模型

4.1.1盾构施工引起地层反应的因素

4.1.2复兴东路隧道施工三维有限元固结分析模型

4.1.3计算前对模型的简单评价

4.2模拟结果及与实测值的对比

4.2.1承压水作用的机理及其模拟方法

4.2.2地表沉降

4.2.3深层土体沉降

4.2.4深层土体水平位移

4.2.5孔隙水压力

4.3对三维固结分析模型的评价

4.4小结

第5章若干特殊条件下盾构施工引起土层反应特性研究

5.1盾构施工期内及工后土体反应

5.1.1地表与深层土体沉降

5.1.2深层土体水平位移

5.1.3孔隙水压力

5.2承压水对盾构施工引起土层工期内及工后反应的影响

5.2.1地表与深层土体沉降

5.2.2深层土体水平位移

5.2.3孔隙水压力

5.3场地土层渗透性对盾构施工引起施工期及工后土体反应的影响

5.3.1地表与深层土体沉降

5.3.2深层土体水平位移

5.3.3孔隙水压力

5.4近间距平行隧道开挖引起地表沉降研究

5.4.1模拟方法及分析工况

5.4.2计算结果分析

5.5小结

第6章结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果