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鉴于盾构法具有的优势,盾构施工技术已广泛应用于隧道修建中。盾构施工掘进过程中,隧道周围天然沉积地层不可避免地受到扰动,地层土体经受加载、卸载等一系列复杂的力学行为,其应力状态发生改变,产生不同程度的地层附加应力和地层位移变形,当位移变形超过允许的量值时,将危及地表建(构)筑物、地下管线设施和地下结构等的安全和正常使用。由于天然地层在沉积形成过程中呈现成层特性,层状地层的存在使确定盾构隧道施工引起的地层位移变形值及控制标准显得更加复杂。同时,相对于砂土地层、沿海饱和软土地层、风化岩石地层和复合地层等,针对穿越黄土地层的盾构隧道施工缺少系统的研究。因此,确定并掌握黄土层状地层盾构施工引起隧道周围地层位移变形的量值、分布特征和发展规律,保障黄土地层盾构施工安全,指导黄土地层盾构隧道工程,具有较高的理论价值和工程实践应用价值。本文针对层状地层盾构施工的环境效应进行探讨,研究内容主要包括以下几个方面:(1)对比分析Peck经验预测公式和随机介质理论之间的区别与内在关联,进而确定随机介质理论公式中参数取值的计算方法;在此基础上,依据随机介质理论建立了层状地层盾构施工引起地层变形的Peck经验预测公式;对于圆形盾构隧道,两种方法的预测分析结果相同。(2)针对地面建(构)筑物基础位于横向沉降槽一侧和位于横向沉降槽中心两侧的两种不同位置情况,采用层状地层Peck经验预测公式分析层状地层中盾构隧道施工引起地表沉降的最大允许值,探讨了层状地层盾构隧道施工引起地表变形的最大允许值。(3)运用Fourier积分变换、Laplace积分变换、变量代换、矩阵理论、微分方程理论和代数方程求解理论分别推导了直角坐标系下层状地层荷载作用的平面应变总应力问题和Biot固结问题、直角坐标系下层状地层轴对称荷载和一般荷载作用的三维空间总应力问题和Biot固结问题的解析单元刚度矩阵;在此基础上,建立解析刚度矩阵法求解直角标系下层状地层荷载作用的总应力和Biot固结相应的平面应变问题和三维空间问题。(4)基于层状地层受荷作用问题的解析刚度矩阵法基本解答,建立了层状地层中盾构隧道施工扰动引起地层附加应力的计算方法,主要分析了层状地层中盾构掘进正面附加推力、盾壳与土体之间掘进摩阻力和注浆压力引起的附加应力;将层状地层模型与边界单元法相耦合,并采用椭圆化非等量径向土体位移作为隧道洞周的位移边界条件,反映盾构隧道掘进造成的应力释放和地层损失,建立了层状地层中盾构隧道施工扰动引起地层变形的位移控制边界元法。(5)依托西安地铁二号线永宁门站~钟楼站盾构隧道区间,分别进行现场沉降监测分析、Peck经验预测公式、位移控制边界元法和位移控制有限元法等不同研究方法分析黄土层状地层盾构隧道施工引起的地层位移变形。