軟土盾構(gòu)隧道掘進環(huán)境效應(yīng)及其鄰近開挖響應(yīng)研究.pdf

1、在軟土地層中，盾構(gòu)法施工將不可避免地擾動周圍地層，引起地表及深層土體不同程度的位移，從而危及鄰近結(jié)構(gòu)物及地下構(gòu)筑物的安全及正常使用。在盾構(gòu)隧道建設(shè)完成并投入運營后，鄰近施工如上部隧道穿越施工、隧道下穿開挖及基坑開挖卸荷等將導(dǎo)致建成后的隧道產(chǎn)生附加內(nèi)力及附加位移，使得盾構(gòu)隧道產(chǎn)生一系列不利影響，諸如管片開裂、螺栓脫開、滲漏水、縱向不均勻沉降等。因此，提出合理、簡便的方法來預(yù)測盾構(gòu)施工引起的環(huán)境效應(yīng)及鄰近施工對建成后的盾構(gòu)隧道的影響具有重要

2、的工程意義。本文在前人基礎(chǔ)上，通過現(xiàn)場實測及理論分析等手段，研究了盾構(gòu)施工對環(huán)境擾動影響及在鄰近施工作用下（包括新建隧道上穿施工、基坑開挖、隧道下穿開挖）建成后盾構(gòu)隧道的內(nèi)力及變形特性。本文主要的工作及成果如下:
　　(1)指出采用“vt法”與“擬合直線法”相結(jié)合的方法，可合理劃分瞬時沉降與固結(jié)沉降時間界限。指出在杭州軟土地區(qū)，在地表無隆起的情況下，地表沉降可分為3個階段，盾尾通過8.5～9天可以作為瞬時沉降及固結(jié)沉降的分界點;當(dāng)

3、同步注漿致使地表隆起的情況下，地表沉降可分為5個階段，盾尾通過后11～12天進入固結(jié)沉降，比正常情況延遲2.0～3.5天。
　　(2)提出考慮地層損失的隧道施工引起的超靜孔隙水壓力計算理論。計算結(jié)果表明:基于Skempton理論得到的結(jié)果與實測、有限元計算結(jié)果較為接近;而Henkel超孔隙水理論得到的結(jié)果與實際相差較大。
　　(3)提出考慮盾構(gòu)掘進參數(shù)的盾構(gòu)施工引起地表及深層土體位移解析解?；贛indlin基本解，在前人的

4、研究基礎(chǔ)上，進一步考慮刀盤擠土效應(yīng)產(chǎn)生的切口附加推力、盾殼與周圍土體不均勻分布摩擦力和軟土軟化特性及同步注漿壓力引起的地層位移，疊加土體損失引起的地層位移，得到盾構(gòu)施工過程中地表位移及深層土體位移公式。研究表明，該方法可以反映盾構(gòu)到達時前方土體隆起及在同步注漿作用下地表土體隆起的現(xiàn)象;并能反映在盾構(gòu)施工作用下深層土體向背離隧道方向移動的變形特征。
　　(4)提出上穿隧道卸荷作用下既有盾構(gòu)隧道縱向變形理論。既有盾構(gòu)隧道簡化為Eule

5、r-Bemoulli梁，地層與隧道結(jié)構(gòu)相互作用通過Pastemak地基模型考慮。采用Mindlin彈性力學(xué)計算新建隧道開挖卸荷引起既有隧道位置處的附加荷載，建立卸荷作用下既有隧道縱向變形平衡微分方程，并通過有限差分法求解。通過與兩個工程案例實測數(shù)據(jù)對比分析，驗證了理論的正確性，并進一步研究不同因素對隧道縱向變形的影響。
　　(5)進一步考慮盾構(gòu)隧道接頭對隧道整體剪切剛度的削弱作用，提出考慮隧道剪切效應(yīng)的基坑開挖對下臥盾構(gòu)隧道影響的

6、理論解答。既有盾構(gòu)隧道通過具有兩個廣義位移的Timoshenko梁來模擬。采用Minlin彈性解計算基坑卸荷開挖引起隧道附近荷載，建立在基坑卸荷作用下既有隧道縱向變形平衡微分方程，并通過有限差分法求解，從而獲得上部基坑卸荷作用下隧道的縱向變形數(shù)值解答。通過與三個已發(fā)表工程案例實測數(shù)據(jù)進行對比，驗證解析解答的正確性。研究指出，采用Euler-Bemoulli梁模擬隧道變形將高估盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)受到的彎矩及剪力;另外，本文方法能進一步給出在基坑

7、卸荷作用下管片間錯臺量縱向分布結(jié)果。
　　(6)提出隧道開挖作用下上部既有隧道縱向響應(yīng)的理論解答。既有隧道采用能考慮剪切效應(yīng)的Timoshenko梁模擬。根據(jù)兩階段分析法，首先，采用Loganatha與Polous(1998)理論方法預(yù)測既有隧道所在位置處地層位移分布;其次，把計算得到位移施加于既有隧道上，建立考慮隧道剪切效應(yīng)的控制微分方程，最后通過有限差分法求解得到既有隧道的內(nèi)力及位移的數(shù)值解。通過與兩個已發(fā)表的工程案例實測數(shù)據(jù)