第 1 章 绪论1.1 研究项目的背景随着城市建设的发展,城市地面空间在一些地方已经不能满足城市的需求,而开发地下空间则成为了拓展城市空间的良好手段。在繁华的城市中,如何有效安全的开发地下空间,则是建设者们需要重点考虑的地方。在城市的闹市区或者商业区开发地下空间、建设地下通道等,如何有效地控制因开挖隧道施工引起的地表沉降变形则是施工中的重点和难点。在" />

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北京某商业区浅埋暗挖通道开挖沉降规律的研究

发布时间:2017-09-04编辑:毕业论文
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1.1 研究项目的背景

随着城市建设的发展,城市地面空间在一些地方已经不能满足城市的需求,而开发地下空间则成为了拓展城市空间的良好手段。在繁华的城市中,如何有效安全的开发地下空间,则是建设者们需要重点考虑的地方。在城市的闹市区或者商业区开发地下空间、建设地下通道等,如何有效地控制因开挖隧道施工引起的地表沉降变形则是施工中的重点和难点。在城市的建设中,开挖隧道的方式受城市自身的的影响较大,一般用于城市开发的施工方式主要有隧道中的盾构法施工、基坑以及隧道的明挖法施工、基坑以及隧道浅埋暗挖法施工等。另外不同的开挖方式下采用等的施工工艺也不尽相同。北京作为国家的首都,城市建设一直走在国内的前沿,无论是地铁隧道的开发、人防工程的建设、地下管线的布设、地下排水设施的建造,还是普通民用的地下商业区建设,都考验着这个城市的建设者的能力。日益增长的城市规模使得地下空间的开发每天都在这个城市上演。文章中研究的北京市六里屯商业区浅埋暗挖通道的项目,也是地下空间开发的一部分,有着很现实的工程意义。为了保证施工的正常进行,设计者们需要在开挖隧道前进行严格、仔细、多方位的考虑。论文中采用的隧道开挖方式为浅埋暗挖法,是城市地下空间开发的一种方式,在开挖的过程中,工程的安全问题尤为重要。而安全问题可以通过地表的沉降变形进行判断。本文也就是在这样的工程条件下,展开了合理有效的关于隧道在砂粘互层地质条件下的沉降规律的研究。

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1.2 研究目的与意义

在地下隧道工程的开挖过程中,随着工程的推进,掌子面也在不断的向前推进,开挖引起的施工扰动将会对原有的地层产生较大的影响,因此如何通过控制施工技术来保证原有围岩的稳定性,保持围岩的初始应力状态,减小施工对围岩稳定性的影响以及控制围岩不发生较大的位移是地下隧道开挖的重要课题。本文的研究主要在于地下隧道开挖过程中的沉降变形规律,丰富该领域的研究成果,为类似的工程提供可靠的参考与借鉴。隧道开挖的施工阶段的监控测量是组成地下工程信息化施工的重要环节,根据监测数据,掌握围岩的变形、支护结构的变形、地表及临近管线的动态等,归纳分析数据并及时进行预测和反馈,为施工提供可靠的保证,也为后续的工程提供借鉴。隧道在开挖过程中的地质条件一般都不尽相同,隧道设计的长短、断面面积等都受施工条件的影响。在隧道的开挖过程中,采用合理高效的观测以及监测方法,获得准确的施工引起的各种数据并进行归纳总结分析,将结果反馈给施工,需要修改之处及时提出意见进行调整。因此针对具体的岩土体研究 CRD 法开挖方式下围岩的应力及位移状态,监测隧道在开挖过程中的沉降变形,对分析围岩稳定性及推动地下工程施工力学的发展有着重要的意义。

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第 2 章 浅埋隧道理论

2.1 概述

从二十世纪九十年代开始,隧道在中国的公路、铁路等领域应用的越来越广泛,随着城市发展的加快,在城市地下空间建设中,隧道也应用到了诸如应地铁隧道的开挖、地下商业街的建设、人防工程等的建设等。浅埋隧道是指隧道的埋深相对较小的隧道,在如明挖、盾构等施工方式不适用的情况下会体现很好的优越性。主要施工步骤可概括为加固地层——短进尺开挖——初期支护——施作防水层。浅埋开挖隧道受地下水的影响较大,所以处理好地下水是浅埋开挖中的重点。浅埋隧道由于其自身的一些特性在城市的建设中应用的也越来越广泛,浅埋隧道的施工技术也越来越成熟,国内外对浅埋隧道的研究也还在不断的进步。浅埋暗挖法是国家建设部命名的,在国内的地下空间的开发中,发挥着重要的作用,也提供了很好的社会经济效益。

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2.2 浅埋隧道的施工方式及特点

概念:将现有隧道部位的岩土体全部直接挖出,然后直接修建隧道,最后进行回填的施工方法。施工基本方法:a 埋置护坡桩→b 地面开挖→c 埋置支撑结构→d 继续往下开挖→e 地下结构施工→f 回填→g 拔桩 h 恢复地面。施工工艺如图 2‐1。概念:盖挖法是在施工时采用先盖后挖,先将地下空间开挖到一定深度,采用临时结构顶板将地下空间封闭,其余部分在封闭的盖板下进行施工的工艺。包括盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法三种。1、盖挖顺作法:在现有的道路或地面上,按工程实际所需宽度,盖挖法施工由地面完成当初结构,采用覆盖结构置于挡土结构上,再向下开挖以及加设横梁。由下至上的建造地下结构设施,最后回填土。2、盖挖逆作法:地面做基坑的围护结构、中间桩柱→开挖地表岩土体至结构顶板→浇筑顶板→回填将地面复原→自上而下开挖至底板。3、盖挖半逆作法:与逆作法的区别在于:顶板浇筑完成及复原路面后,向至上而下开挖后先浇筑底板,再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。在半逆作法施工中,一般须设置横向支撑并施加预应力。

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第 3 章 地下通道开挖工况..........12

3.1 工程概况......12

3.2 商业区暗挖通道的工程地质及水文条件....... 14

3.2.1 工程地质条件....14

3.2.2 水文地质条件...........16

3.3 开挖方案.......17

第 4 章 地下通道监测数据分析...........23

4.1 监测项目......23

4.2 监测数据分析.......24

4.3 本章小结......35

第 5 章 模拟程序简介.........36

5.1 PLAXIS 3D 特点及工程应用...........36

5.2 摩尔—库伦屈服条件....39

5.3 Plaxis 3D 的模型概述..........42

第 6 章 数值模拟

本章采用 Plaxis3D 软件,以北京市朝阳区六里屯商业办公及住宅项目 A、B区地下连接通道工程开挖过程为实例,对该工程中的开挖过程进行了数值模拟分析,讨论隧道开挖对周围土体的影响的变形规律。

6.1 建立计算模型

根据前人的理论分析,地下洞室开挖后,应力以及应变的影响范围主要集中在洞室中心点外围 3~5 倍的开挖洞径范围内。超出 5 倍距离时,影响值不足百分之三。所以,本文根据实际的隧道埋深以及隧道洞径,确定数值分析范围如下:模拟采用的土层尺寸为 100m×28m×50m。由于高级本构模型所需的参数未知,因此本文在数值模拟的计算过程中未选取模量与应力历史、应力路径相关的高级本构模型(小应变土体强化模型(HSS))。而是选取了摩尔库伦本构模型。在网格划分和数值模拟参数选取上,本文充分考虑工程情况和施工工序、工法,由于隧道开挖周边土体处于卸荷状态,故而将压缩模量放大,取 Eur 约等于三倍 Es。施工中降水至隧道施工区以下,故而模拟中不考虑地下水的影响。锚杆、补偿注浆等措施,通过在 PLaxis3D 参数设置中加强衬砌强度,简化模拟,以达到相同效果。如果能获取更多关于高级本构模型的参数,数值模拟将更完全符合工程实际,不是近似替代,而是等同效果。隧道开挖是平面应变弹塑性分析计算,喷混凝土超前支护采用梁单元(Beam)进行模拟,深孔注浆考虑其作用的等效原则,即提高围岩的粘结力(C)和摩擦角(φ)。建立隧道模型如图 6-1。模拟时采用 Mohr-Coulomb 模型,边界条件左右上边界自由,左右边界及下边界固定,透水,土体按勘擦报告分为五层,如表 6-1 所示。

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