建筑垃圾杂填土环境下地铁隧道暗挖施工变形控制及力学模型研究

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目前,我国地铁隧道建设工程处于高速发展阶段,隧道工程面临的一些技术难题也不断出现,如何进行地铁隧道安全施工显得尤为重要。在地铁隧道开挖过程中,地表沉降对浅埋暗挖隧道的施工有很大的影响,合理开展城市地铁隧道地表沉降规律及其控制技术研究具有重要的理论意义和工程实用价值。为了研究下穿建筑垃圾杂填土地铁隧道开挖变形特性,本文采用理论分析、数值模拟、现场实测相结合的方法,对监测数据进行分析,获得隧道围岩变形、地表沉降和洞周变形等数据,运用ABAQUS有限元模拟软件建立多工况计算模型,在不同工况条件下对隧道围岩变形与应力、地表沉降及洞周变形等响应规律进行分析,得出地铁隧道开挖沉降规律,采取合理的施工控制技术,为控制地铁隧道施工位移沉降和综合整治提供参考。本文研究内容和主要成果如下:(1)利用数值模拟软件建立建筑垃圾杂填土环境下隧道计算模型,推导混凝土塑性损伤本构模型及钢材本构模型,通过计算得到模型应力应变关系,得出隧道整体沉降规律及应力分布状况。分析得出,土体整体沉降基本在隧道洞口正上方区域,其余部位沉降量较此部位较小。隧道洞口正下方,由于承载桩的存在,大大减小了沉降量,且承载桩对下部土体约束范围较大,能对桩体周围土体的沉降起到抑制作用;(2)对于初支及二衬,由于其刚度较大,故其自身变形较小,主要发生相对于土体底面的整体沉降。土体的塑性应变主要分布在隧道洞口周边、隧道洞口上部土体以及左、右线洞口相邻中间土体。其中,左、右线洞口相邻中间土体塑性应变最大,隧道洞口上部土体较小,位于洞口上部中间区域的土体的塑性应变最小;(3)通过左线、右线及两线路中线顶部地表位移沉降和数值模拟对比沉降分析,数值模拟的结果与实际工程开挖地铁隧道测试结果较为一致,近似反映了建筑垃圾杂填土地层整个施工过程中地表沉降规律,具体表现为加固后地表沉降数值较未加固模型沉降位移减小了42.9%,采取地铁隧道洞内加固及地表加固的措施比较有效。对掌子面注浆加固对沉降有着显著的作用,通过对掌子面注浆,提高了掌子面核心土的强度,同时对其稳定性也有着很大的提高,此种方案保证施工安全且顺利进行。
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