城市地铁隧道施工诱发地表坍塌失稳机制与防控研究

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近些年来随着中国地铁建设的快速发展,在城市商业经济区域中形成了大量的地铁隧道结构,使得地铁隧道周边邻近建筑物有着数量多、空间交错影响大、结构及基础形式复杂的特点,地铁隧道施工过程中诱发地表坍塌失稳严重威胁着周边建筑物的安全,极易造成严重的经济损失,因而如何保证地铁隧道施工过程地表的稳定性成为了城市地铁建设不可忽视的问题。地铁施工诱发地表坍塌失稳受到众多因素的影响,且因素复杂,通常认为地铁隧道施工方法的不同诱发地面坍塌失稳机制的区别较大。本文以沈阳地铁工程为依托,基于弹塑性力学、相似理论、Peck沉降理论、回归分析和数值计算软件FLAC3D,采用理论分析、相似模型试验、现场检测与数值计算相结合的方法对地铁隧道施工诱发地表坍塌失稳的机理进行了初步分析,并围绕地铁隧道的不同开挖工法所引起的地表沉降规律进行了如下研究:
  (1)基于沈阳地铁的工程背景,通过1:50相似比的缩尺模型,进行了地铁隧道相似模型的开挖试验。将试验所得数据与实测工程数据对比分析,并验证了修正后的Peck公式系数的正确性。
  (2)基于FLAC3D三维数值模型,研究了地铁隧道开挖的CRD法、台阶法、盾构法所引发的地表沉降变形规律。通过分析不同开挖工法的地表沉降及隧道结构的应力分布发现;V级围岩,三种工法引发的地层横截面竖向位移对称分布,CRD法产生的地表最终沉降量最大,其值为0.068m,盾构法产生的地表最终沉降量最小,其值为0.0348m;在隧道开挖过程中,CRD法的隧道最大主应力最先达到稳定,盾构法和上下台阶法的隧道的最大主应力次之。沉降量最大的是CRD法,其值为0.068m,台阶法最终沉降量为0.038m,盾构法沉降量为0.0348m。
  (3)基于地表沉降的实测值与测点距隧道轴线的距离的对应关系,以Peck公式为基础,利用回归法对实测数据进行线性回归分析。对回归后的lnS(x)及原测数值进行了对比,将回归后沉降曲线与Peck公式预测曲线对比分析,发现回归后的曲线能更好的显示沉降规律,并满足实测点的分布规律。得到适合于沈阳地铁某区段的最大沉降量修正系数α。地表最大沉降修正参数α分布区间主要集中在0.3~0.7,占到了所有数值分布的75%,可以对地表最大沉降值进行良好的修正。根据回归后的沉降曲线,分析β的区间分布,得到了沉降槽修正系数β,β分布区间主要集中在0.4~0.9,占到了所有数值分布的92.75%,可以较好的修正沉降槽。
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