軟土地層盾構(gòu)隧道上部開挖卸載擾動(dòng)位移特性及災(zāi)變研究.pdf

1、圍繞流變性軟土地層地鐵隧道上部基坑開挖卸載擾動(dòng)位移的空間分布和時(shí)間效應(yīng)、施工方式及參數(shù)敏感性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、災(zāi)變演化的預(yù)測(cè)和防范等關(guān)鍵理論和技術(shù)問題，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用理論分析、相似模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等綜合研究方法，針對(duì)地表開挖卸載擾動(dòng)位移基本規(guī)律、上部土體開挖擾動(dòng)位移特性、施工方式對(duì)卸載擾動(dòng)位移影響、加固方式適用性及其優(yōu)化、土體流變特性對(duì)基坑開挖卸載擾動(dòng)位移的影響、開挖卸載擾動(dòng)位移及其災(zāi)變演化預(yù)測(cè)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。取得了相

2、應(yīng)有創(chuàng)新意義和實(shí)用參考價(jià)值的研究成果。
　　（1）通過一般性軟土地層基坑開挖擾動(dòng)位移的幾何尺度效應(yīng)、土體變形特性參數(shù)和強(qiáng)度特性參數(shù)敏感性的數(shù)值模擬分析，揭示了基坑開挖擾動(dòng)位移空間效應(yīng)中存在的充分卸載狀態(tài)及其峰值位移的演變趨勢(shì)。建立了擾動(dòng)位移峰值與基坑寬深比之間冪指數(shù)函數(shù)相關(guān)關(guān)系并針對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的敏感性分析。對(duì)超大型基坑工程設(shè)計(jì)與施工具有指導(dǎo)意義。
　?。?）依據(jù)軟土地層典型基坑開挖背景，通過三維相似模型試驗(yàn)，系統(tǒng)

3、研究了典型開挖方式條件下基坑施工全過程周邊土體擾動(dòng)位移空間分布、時(shí)效關(guān)系及其施工步段的階段性特征。論證了基坑開挖土體擾動(dòng)位移主要受上部卸載瞬時(shí)彈性恢復(fù)及土體流變特性時(shí)效位移宏觀組成及其力學(xué)成因。
　　（3）通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸模擬，揭示了施工全過程土體蠕變位移及累計(jì)位移隨時(shí)間變化可用反曲函數(shù)統(tǒng)一表達(dá)，而任意深度分層土體沉降位移可用Guss函數(shù)統(tǒng)一表達(dá)等位移演化規(guī)律。建立了土體蠕變位移、累計(jì)位移時(shí)變關(guān)系及基坑斷面豎向位移空間分布等的定量

4、計(jì)算方法。研究結(jié)果可為軟土地層基坑開挖土體位移的空間分布及時(shí)效性等預(yù)測(cè)提供理論支撐。
　?。?）系統(tǒng)研究了基坑開挖全過程基坑周邊土體及下部隧道結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)位移分布特征及其隨施工過程動(dòng)態(tài)演化規(guī)律。建立了基坑橫斷面位移空間分布的Guss函數(shù)類相關(guān)關(guān)系，提出了任意深度分層沉降位移、流變影響下的沉降位移可分別用位移時(shí)效系數(shù)和位移深度衰減系數(shù)進(jìn)行定量修正計(jì)算的實(shí)用方法。
　　（5）比較系統(tǒng)地研究了上部基坑開挖卸載作用下，下部隧道擾動(dòng)位移

5、的基本特性及其風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)。明確指出了上部基坑開挖卸載將不可避免地顯著加大隧道底板及地鐵線路結(jié)構(gòu)的上浮位移，增加地鐵運(yùn)營(yíng)附加安全風(fēng)險(xiǎn)；任何加固方式，都無法從實(shí)質(zhì)上改變基坑開挖過程隧道總體上浮的力學(xué)行為，只是不同程度地減緩擾動(dòng)影響，從而不同程度地降低地鐵運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)。有針對(duì)性的加固方式，可有效降低下部隧道安全風(fēng)險(xiǎn)。
　　（6）建立了兩種有典型意義和良好適用范圍的基坑開挖長(zhǎng)時(shí)位移及風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)計(jì)算方法（基于軟土蠕變模型與FEM相結(jié)合的土體長(zhǎng)

6、時(shí)位移計(jì)算方法、基于類比試驗(yàn)與原位監(jiān)測(cè)相結(jié)合的基坑開挖擾動(dòng)位移時(shí)間效應(yīng)的預(yù)測(cè)計(jì)算方法）。有效解決了基坑工程初步設(shè)計(jì)或施工組織設(shè)計(jì)階段提前預(yù)測(cè)施工方案的可能導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)位移和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及施工期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)快速反饋預(yù)測(cè)和控制位移、實(shí)時(shí)優(yōu)化施工方式和施工參數(shù)。通過累積位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及確定位移時(shí)間相關(guān)關(guān)系控制下的分段模擬，有效提高后續(xù)工序位移變化規(guī)律及其最大值預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為施工全過程位移及工程風(fēng)險(xiǎn)控制提供可靠支撐。
　　研究結(jié)果在上海地鐵10號(hào)