城市隧道施工地層變形時空統(tǒng)一預(yù)測理論及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市地鐵、市政道路隧道、各種市政地下隧道在城市中也得到了大量發(fā)展。由于城市中建筑物和地下管線密布，隧道施工將不可避免的引起周邊地層的移動和變形，并可能對已有建筑管線設(shè)施產(chǎn)生不利影響。本論文在前人研究的基礎(chǔ)上，從隧道施工引起的地層移動與變形的機理出發(fā)，以隨機介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，并結(jié)合土體固結(jié)壓密理論以及Mindlin彈性理論等，考慮隧道開挖地層移動與變形的時間一空間發(fā)展過程，系統(tǒng)的對城市隧道礦山法及盾構(gòu)法施工引起的

2、地層移動與變形的相關(guān)問題進行了研究，推導(dǎo)了相應(yīng)的計算公式，并從理論角度探討了隧道施工地層變形的影響因素及其影響程度。最后結(jié)合概率理論探討了地層變形計算的可靠性。論文主要完成了以下研究內(nèi)容： (1)以隨機介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，從單元開挖引起的地層變形出發(fā)，建立了能考慮隧道反復(fù)施工停工、隧道掘進速度變化、隧道地質(zhì)條件變化、單隧道多分部開挖、多隧道平行或交疊施工、半無限開挖等多種不同施工條件下地層變形的時間-空間統(tǒng)一計算公式，真正實現(xiàn)了對地

3、層變形時空過程的實時預(yù)測。 (2)研究了隧道施工地層變形計算參數(shù)的確定方法，分析了隧道洞內(nèi)收斂變形的時間過程，提出了因隧道洞內(nèi)監(jiān)測滯后所造成的數(shù)據(jù)缺失問題的處理方法，確定了隧道洞內(nèi)地層損失的具體計算方法，進一步研究了地層變形計算參數(shù)的動態(tài)反分析方法。 (3)針對不同的隧道開挖橫斷面形狀，推導(dǎo)了圓形隧道、橢圓形隧道、馬蹄形隧道以及其它任意形狀隧道施工引起的地層變形的具體計算公式，并從滿足工程應(yīng)用的角度出發(fā)，提出了隧道施工地

4、層變形計算的簡化方法。 (4)探討了巖土降水引起的地層有效應(yīng)力的時空變化過程，從單元有效應(yīng)力變化引起的單元體積變化出發(fā)，推導(dǎo)了單元土體疏水壓縮引起的地層變形計算公式，并進一步討論了在隧道開挖的同時導(dǎo)致土層部分疏水情況下地層變形時空過程的具體計算方法，解決了疏水引起的地層變形時空過程的計算問題。 (5)從經(jīng)典的Mindlin彈性理論公式出發(fā)，考慮盾構(gòu)施工推進過程中盾構(gòu)機位置不斷變化的實際情況，建立了盾構(gòu)施工推進過程的力學(xué)計

5、算模型，由此推導(dǎo)了盾構(gòu)推進工作面附加壓力以及盾構(gòu)機外壁與土層摩擦力作用下隧道周邊地層變形的計算公式，解決了盾構(gòu)法施工隧道工作面附近地層變形在時間和空間上的準(zhǔn)確計算問題。 (6)考慮隧道施工過程中地層參數(shù)、施工參數(shù)等對隧道周邊地層變形的隨機性影響，將可靠度理論、隨機介質(zhì)理論以及其它相關(guān)理論相結(jié)合，研究了隧道施工地層變形計算的可靠性，同時針對目前相關(guān)計算參數(shù)的統(tǒng)計資料還比較欠缺的實際情況，利用蒙特卡羅(Monte-Carlo)理論通

6、過計算機對隨機變量進行取樣，實現(xiàn)了按可靠度理論對地層變形進行具體計算。 (7)根據(jù)理論研究成果，采用VC++6.0和MATLAB聯(lián)合編程的方法，編制開發(fā)了地層變形時空統(tǒng)一計算軟件，該軟件能實現(xiàn)礦山法隧道、盾構(gòu)法隧道多分部施工以及施工降水等引起的地層變形的確定性計算、可靠性計算和多維圖形顯示，并具有計算參數(shù)反分析和存儲功能，多個工程實例的計算驗證了程序的可靠性。 (8)討論了隧道縱向施工分部前后間距，對向、背向施工，橫斷面