软土地层双线地铁隧道盾构施工土体变形规律研究

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随着我国城市快速发展,越来越多城市地铁建设采用盾构法施工,虽然盾构法优点众多如地质适应强,不干扰城市正常运行,环保可靠且能满足部分特殊工程需求,但盾构施工仍不可避免对土层造成扰动,影响周边建筑物的安全性。目前国内外众多研究学者就此展开了大量理论研究,并给出相关土层位移预测公式。本文将基于前人研究,对预测公式不足之处加以分析,通过建立考虑流固耦合的三维数值仿真隧道开挖模型对软土区双线隧道盾构开挖土层位移场及地下水渗流场规律进行分析,并探究了不同施工因素下盾构隧道开挖的稳定性。主要研究内容如下:(1)基于镜像法原理,对Loganathan位移解析公式进行推导,综合分析该公式不全面之处,因此对该公式解析解中引入与边界条件相关联的参数并结合Peck公式进行修正。将修正公式应用于绍兴地铁一号线城市广场站至塔山站区间盾构工程,结果显示修正后的Loganathan解析公式与实测地表沉降值吻合较好,可以在软土区盾构隧道施工地表沉降预测中推广应用。(2)通过数值模拟对单线和双线隧道施工位移场进行分析,单线隧道施工中随着盾构推进土体扰动区增大,在盾尾脱离管片后土体位移场变化较为明显,地层损失率也在此期间迅速上升;双线隧道开挖后,土体扰动区再次增大,地表沉降槽逐渐加深,沉降槽开始向后挖隧道偏移,地层损失率较单隧道上升速率更快,两隧道之间土体水平位移逐渐减少。(3)通过对模型渗流场分析,土体孔压易受盾构施工扰动影响。土仓支护力和注浆压力会使周边孔压短暂上升,随后急剧下降,在盾构到达时达到最大,而在盾尾处孔压值最小,且受高度差影响,隧道四周孔压呈漏斗状分布。影响区域沿纵向主要集中在监测断面2.1D(D为隧道直径)范围内。(4)通过数值模拟对盾构施工诱发地层位移因素进行探究,结果表明盾构施工参数、两隧道滞后距离以及两隧道孔位布设形式均会对土层位移场产生影响。其中土仓压力与注浆压力存在界限值,超过界限值土层位移增大;盾尾间隙参数越大,土体位移也越大;两隧道滞后距离对土体位移影响也呈先减小后增大趋势;隧道孔位水平布设时土体地表沉降和水平位移最小。
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