城市人行地道浅埋暗挖施工技术及其环境效应研究

摘要

修建人行地下通道是缓解城市交通拥挤、保障行人交通安全、提高城市运行效率的一项有效措施。人行地道施工不可避免对周边环境造成不利的影响，严重者可能影响地面建构筑物和地下管线的正常使用。因此，选择合适的施工方法减小其环境效应具有非常重要的工程意义。本文在前人研究成果的基础上结合实际情况对城市人行地下通道施工技术及其环境效应进行了较系统的研究，主要工作和研究成果如下： 1.基于Pasternak双参数模型建立了接近工程实际的管棚工作机理力学模型和微分控制方程并求解。 2.基于普氏平衡拱理论和Terzaghi松散介质理论提出均质土层中城市人行地道采用全断面开挖时开挖进尺的计算方法，将该法推广应用到常用开挖方法(台阶法、CRD法)和成层土中，通过工程实例验证表明这两种计算方法可以应用到设计施工中。 3.对砂质粉土和淤泥软土中人行地下通道埋深4m时的施工技术进行了详细的数值模拟和分析，对埋深变化时(埋深2～7m)砂质粉土中开挖参数(开挖进尺和分部开挖长度)进行数值模拟分析。在保证结构和周边环境安全的前提下，对砂质粉土和淤泥软土中修建人行地下通道施工工艺(包括开挖方法、开挖避尺、分部开挖长度、格栅钢架间距、支护滞后长度等)给出合理的建议。 4.对均质土中单井和多井降水引起的孔隙压力和地表沉降变化应用数值模拟进行详细研究，在研究结果基础上建立了砂质粉士中人行地道的降水模型，研究不同降水方法引起的孔隙压力及地表沉降变化，指出边开挖边降水是适合入行地道的降水方法。 5.对不同土层、不同施工工艺、不同理深等因素对地表沉降的影响进行了数值模拟和分析，在研究结果基础上总结了人行地遭开挖引起地表沉降的影响因素和控制措施。 6.对不同条件下(不同材质，不同埋深、不同间距)人行地道施工对地下管线的影响进行数值模拟和分析。 7.通过对一个实际工程的数值模拟结果与实测值的对比，验证了本文提出的施工工艺可以应用到实际工程中。

目录

文摘

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致谢

1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2城市人行地下通道施工方法

1.2.1城市人行地道施工方法分类

1.2.2浅埋暗挖法

1.3国内外研究现状

1.3.1人行地道浅埋暗挖施工技术研究现状

1.3.2人行地道施工对地下管线影响研究现状

1.3.3研究现状评述

1.4杭州城区工程地质和修建人行地道的特点

1.4.1杭州地区工程地质

1.4.2不同土质修建人行地道的特点

1.5本文主要研究内容

2 管棚加固机理和开挖进尺计算方法研究

2.1管棚加固机理研究

2.1.1地层预加固技术简述

2.1.2管棚加固地层的作用机理

2.2隧道支护或预加固措施的模拟

2.2.1锚杆的力学模拟

2.2.2格栅钢架的力学模拟

2.2.3网喷混凝土的力学模拟

2.2.4注浆小导管的力学模拟

2.2.5注浆大管棚的力学模拟

2.3开挖进尺的计算方法

2.3.1隧道开挖前后的周边应力分布

2.3.2基于普氏平衡拱理论确定开挖进尺的方法

2.3.3基于Terzaghi松散介质理论确定开挖进尺的方法

2.3.4工程实例

2.3.5讨论

2.4小结

3 人行地道施工技术研究

3.1引言

3.2 FLAC3D程序简介

3.2.1概述

3.2.2 FLAC3D的优点与不足

3.2.3 FLAC3D的特点

3.2.4 FLAC3D的适用范围

3.3粉砂土中人行地道施工技术研究

3.3.1计算模型

3.3.2埋深4m时的施工技术研究

3.3.3不同埋深时的开挖技术研究

3.4淤泥软土中人行地道施工技术研究

3.4.1计算模型

3.4.2埋深4m时的开挖技术研究

3.5小结

4 砂质粉土地层人行地道降水技术研究

4.1单井降水模拟

4.1.1单井降水数值模型

4.1.2边界条件

4.1.3降水模拟

4.1.4数值模拟结果分析

4.2多井降水模拟

4.2.1水位降深计算

4.2.2多井降水数值模型

4.2.3数值模拟结果分析

4.3不同降水方式的人行地道降水开挖数值模拟

4.3.1先降水后开挖

4.3.2边降水边开挖

4.3.3不考虑流固耦合

4.4小结

5 人行地道施工的环境效应研究

5.1人行地道施工对地表沉降影响研究

5.1.1计算模型

5.1.2数值模拟结果分析

5.1.3地表沉降影响因素及控制措施研究

5.2人行地道施工对邻近地下管线影响研究

5.2.1引言

5.2.2人行地道开挖引起的管线变形机理

5.2.3计算模型

5.2.4开挖对地下管线影响的数值分析

5.2.5地下管线控制措施

5.3小结

6 工程实例

6.1工程概况

6.1.1设计简况

6.1.2工程地质与水文地质

6.1.3周边环境

6.1.4监控量测

6.2计算模型

6.2.1数值模型

6.2.2边界条件

6.2.3网格划分

6.2.4参数选取

6.2.5开挖方案

6.3数值计算结果与实测值对比分析

7 结论与建议

7.1结论

7.2进一步研究工作的建议

参考文献（Reference）

附录