1、XXXXXXXXXXX 毕业设计（论文）开题报告学生姓名 学号 专业题目名称 盾构施工对地表沉降的影响分析课题来源 自选主要内容一、研究目的盾构法施工是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。其具有：地面作业少，隐蔽性好，噪声、震动引起的环境影响小；隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深度的影响；自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快等优点。为此，盾构隧道在地下铁道、公路铁路、市政工程、水利水电工程等基础设施工程建设中有着十分广阔的应用前景。随着上海多条越黄浦江隧道和崇明越江通道、武汉长江隧道、南京长江隧道、杭州钱塘江隧道、广深港客运专线狮子洋隧道、南水北调工程、重庆长江输水隧道等一大批世
2、界级盾构隧道的开工建设，我国已经成为了世界上盾构隧道工程总量最多、规模最大、发展最快的国家。采用盾构法施工，多多少少会对周围地表都会产生扰动，造成地层损失，从而引起较大的地表沉降。盾构施工所引起的地表沉降量有着很严格的要求，过大的地表沉降可能会引起一系列严重的问题。例如：可能是地下管线破裂或者是引起建筑物的开裂甚至是倒塌。这些问题会直接影响人们的财产及生命安全。从某种意义上来说，能否有效地控制地表沉降是盾构施工的成败的关键之一。因此，为了保证地表建筑、地下设施的安全，就非常有必要研究盾构施工引起地表沉降的规律从而提出可靠有效的防止盾构施工引起地表沉降的对策。郑州作为全国的交通枢纽，必不可少的也
3、要修建地铁以缓解交通压力。盾构隧道施工通过城市如何控制地表沉降等问题必须得到解决。二、国内外研究现状对于盾构施工引起地表沉降问题的研究，最早是从研究分析矿山巷道上方地表沉降开始的。之后国内外进行了多方面的研究，对地表沉降的规律特征、诱发原因、影响的因素等有了更进一步的认识。现如今，对盾构法施工引起的地表沉降的影响分析以及预测的主要方法有：经验公式法、解析法、理论分析法、模型试验研究、数值分析等。1、经验公式法经验公式法是以统计学为基础，在掌握沉降相似规律的同时，将理论分析和经验推断进行了公式化，进一步把工程的经验量化为适用于实际工程的方法，其本质是对地表沉降的数据进行数学逻辑归纳。经验公式法应
4、用最为广泛的是 Peek 公式法。2、解析法将相关学科的研究成果成功引用到隧道的软土变形中，将地基土视为弹塑性、弹体、粘弹塑性体。多数是以线弹性土体为研究模型，其主要有Sagaseta法、 Verruijt法、Loganathan Poulos法。3、理论分析法波兰学者 Liwinizyn 在研究的基础上提出了随机介质理论。随机介质理论提出以来，经过进一步的发展，其已经逐步完善。随机介质理论为计算隧道开挖引起地表沉降提供了另一途径。4、模型试验研究法模型试验是科学研究的一重要手段。为了更进一步研究盾构隧道施工引起地表沉降特征沉降影响因素等是，非常有必要应用模型试验研究法对现场实测、理论分析进行
5、验证以及模拟研究。5、数值分析法在计算机技术不断发展的同时，开始采用软件对隧道开挖进行模拟。盾构施工引起地表沉降的影响因素很多，同其他方法相比，数值分析法考虑的因素更加全面、更加细节化。因此用此方法解析复杂条件盾构隧道对地表沉降的影响，得到的结果更为准确、可靠。可以适用于考虑开挖空间效应以及流变与固结等时间效应等许多特殊情况，因此其得到了广泛的应用。三、研究内容1、地表沉降的规律：盾构法施工，一般的在其上方都会有地表的变形，这种变形在松软的含水地层或其他不稳地的地层中非常显著。盾构法施工时，沿着隧道的纵向轴线的地表变形，一般的会在盾构盾构的前方大约与盾构深度等距离内由地表开始产生隆起，在盾构过
6、后地表会渐渐沉降，其沉降量随着时间从增加到最终趋于稳定。盾构法施工引起地表沉降分为：盾构机到达之前的最初沉降；盾构机到达时的开挖面前的沉降；盾构机通过时的沉降；管片脱出盾尾时的沉降；后期固结沉降五个阶段。盾构法施工引起地表沉降的空间效应是指盾构隧道引起地表变形空间上的分布状态。体现了地表变形的影响范围影响深度等三维空间上的变形情况。2、地表沉降的原因:采用盾构施工，引起地表沉降的原因是多方面的，主要有以下几个方面：1)、盾构掘进引起的地层损失造成的沉降；2)、地层原始应力状态的改变、受扰动土体的固结及土体的蠕变效应；3)、盾构衬砌结构的变形；4)、盾构施工中引起地下水大量流失，从而导致地下水位
7、降低，地层随之固结沉降；5)、盾构施工过程中会存在地质资料、建筑物基础收集资料与事实不符而造成施工措施选择不当引起建筑物开裂。3、地表沉降影响因素：31 盾尾注浆压力的影响 盾构机尾部注浆压力对地表沉降有着较大的影响。最大地面沉降随注浆压力的增加而减小。压力过小使得浆液不能将盾尾空隙充填完全 ，过大会造成浆液的流动性较差，主要是因为当盾尾脱空时，土体释放的大部分荷载被注浆压力抵消，注浆压力越大，浆体越能阻碍衬砌上方土体的径向位移，同时盾尾空隙也越能被充填完全，受到的作用也越大。32 覆土厚度的影响 覆土厚度也是影响地表沉降的一大因素，在盾构机直径不变，而覆土厚度不同的情况下，最大地面沉降随覆土
8、厚度的增加而减小。因为当覆土厚度在地层损失相同的情况下越大的话，则沉降槽的范围也会相应的增大，从而使得最大地面沉降值减小。因此在地层条件允许的情况下，加大隧道设计埋深也是减小地表沉降的一有效措施。33 管片宽度对地表沉降的影响 当发生在管片宽度越大时地表沉降越小，且沉降量最小这是发生在管片宽度大的的情况下。特定长度内的管片之间形成的缝隙数量在宽度大的盾构管片时相对来说就少，此时缝隙的总宽度也就更小，致使抵抗外界变形的能力就更强，整体的刚度也就更大。 34 土体弹性模量对地表沉降的影响当提高土体弹性模量时，提高了土体抵抗变形的能力，即增大了土体的刚度，结果导致最大地面沉降量相应的减小，因此，要保
9、证土体不发生过大变形，在选择盾构掘进路线时，应该尽量避开软土层的地带而优先考虑土质情况较好的区域。35 盾构直径对地表沉降的影响 在盾构施工过程中，盾构直径越大也就意味着盾尾建筑空隙越大，增大了地层损失，导致被挖去的土体也就越多则地表沉降增大；刀盘开挖半径与盾构直径成正比关系，盾构直径越大则刀盘开挖半径也就越大，刀盘半径大在切削土体时增大了开挖面前方受扰动土体的范围。因此在条件允许的情况下，应尽量选用相对较小直径的盾构机以达到减少土体变位。36 盾构隧道的施工速度对地表沉降的影响盾构掘进的平均速度越快，施工越顺利，其相应的地表沉降量就越小；防止掘进速度越慢，施工不连续，则其将由于盾构后退导致土
10、体松动而造成地表沉降。因此盾构掘进是应该尽量不停顿。4、地表沉降的检测与监控在盾构施工期间，必须进行施工监控量测以保证地表建筑和地下设施的安全。在本文中将会结合郑州地铁一号线一盾构隧道工程进行沉降分析 。5、主要控制地表沉降的对策盾构隧道控制地表沉降主要可以分为盾构隧道的规划设计阶段和隧道施工管理阶段。要最大的控制盾构施工引起的地表沉降。在盾构隧道的规划设计阶段就应该仔细研究地质条件，盾构埋置深度，隧道线路、以及设备的选用等。因为这些因素不仅仅会影响到盾构施工时的地表沉降，更是关系到盾构隧道的质量、安全等问题。在盾构施工中主要可以通过控制开挖地层的扰动幅度、控制盾尾注浆的质量以及在采用土压平衡
11、盾构进行隧道施工时控制舱内压力保持开挖面的稳定以控制地表沉降等等。在施工过程中应该严格按照盾构施工标准，进行施工管理，以确保盾构隧道的质量与安全。采取的主要技术路线或方法1、根据大量国内外的工程实例总结出来的理论研究2、以郑州地铁一号线的监测数据进行实例分析时间安排1 13 周，完成英文翻译；分析研究问题，写开题报告；2 47 周，阅读相关文献，收集资料，拟定大纲；3 811 周，编写内容，完成初稿；4 1213 周，经老师审核，修改初稿；5 14 周，最终定稿，准备答辩。指导教师意见 签 名：年 月 日备注参考文献：1刘钊，佘才高，周振强.地铁工程设计与施工M.北京：人民交通出版社，2004
12、.2郑淑芬.盾构隧道施工地表沉降规律D.长沙.中南大学,2010 年. 3李曙光EPB 盾构法隧道施工引起的地表沉降分析与数值模拟D长沙：中南大学，20064周爱国.隧道工程现场施工技术M.北京：人民交通出版社，2004.5李建伟. 盾构隧道施工沉降影响分析J.中国高新技术企业，2009年第 13 期.6何阳. 盾构法施工对地表沉降的影响因素分析J.建材与装饰，2013 年 5 月.7地盘工学会 著.盾构法的调查、设计、施工M.北京：中国建筑工业出版社，2008.8张凯. 隧道盾构施工对地表沉降的影响分析D.西安：西安建筑科技大学，2013.9夏志强，周传波，平雯等.地铁隧道盾构法施工地表沉降
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