论文范文盾构法修建的地面高速公路安全监测及稳定性评价

论文类型：论文范文

论文字数：

论点：盾构,地表,监测

论文概述：

由于地层损失城市地铁隧道盾构法施工打破了岩土体的原始应力平衡状态，引起周围岩土移动与变形。城市地铁隧道盾构施工穿越高速公路容易引起高速公路、桥梁涵洞以及附属设施变形，其变

论文正文：

第一章:盾构施工引起的地层移动和变形规律

地铁隧道盾构施工引起土体局部应力释放，造成地层损失。在弥补此空间隙损失的过程中，围岩引起地表沉降和变形。地层体积损失的大小与地质条件、开挖面水土压力平衡、地下水位、隧道施工方法、隧道开挖进度、盾尾空间隙大小、墙后注浆量、隧道埋深、隧道形状、地下水位、永久支护形式和强度因素等有关。盾构施工特点:对周围环境影响小；工序循环，施工易于操作和管理，开挖土方量少，施工不受气候影响；它对地表周围的建筑物(构筑物)几乎没有影响。对地层要求低，适用于软弱地质条件。施工精度高；盾构施工技术相对安全，掘进速度快。盾构掘进是一种全断面推进圆柱形钢壳(称为盾构)开挖隧道的方法。隧道是从盾构前方的土层中挖掘出来的。钢或混凝土段被组装成屏蔽后面的衬环。液压千斤顶向前推动防护罩。不同水文地质条件下的盾构施工也不同，更适合高含水量地层的盾构施工。

1.1随机介质理论
随机介质理论是20世纪50年代波兰学者李特威尼斯金(J.Litwiniszyn)研究沙箱模型，并用数学方法表达该模型。这些严格的数学方程是随机介质理论，体现在五个公理中:唯一性；平均值:n个相同单元开挖的影响相当于单次开挖的n倍；叠加；有一个单位操作员；正值:开挖引起的岩层仅下沉。中国学者刘陈宝、廖国华等。对概率积分法进行了深入研究和发展，并将其引入到20世纪90年代[地铁隧道等城市开挖工程的地表移动和变形预测中。地下开采引起的地层和地表移动过程被认为是地下多单元开采引起的地层和地表单元水平移动的表达，而单元沉降盆地的表达是移动和变形分布叠加表达的随机过程。

1.1.1随机介质理论模型[/BR/] Litvinisch研究漏斗漏砂模型，认为介质由类似砂粒的颗粒组成，颗粒相互独立，颗粒之间的运动是一个相互独立的随机过程。因此，大量颗粒介质的运动可视为随机运动过程，具体模型如图2.1和2.2所示。假设粒状介质由大量大小相等、质量均匀的小球组成，当一个小球被移走时，上层的两个相邻的小球会由于重力而向下滚动，占据移走小球的位置。假设每一个球在上层滚动的概率是随机的并且彼此独立，并且概率相等。图2.2显示了一个由许多小房间组成的系统，每个房间只有一个球。该系统满足以下条件:①假设球b1从第一层移走，其位置将被从第二层滚下的球b1或b2代替；(2)由于空之间的空间隙，第二层中的球再次滚下，因此第三层中的球循环滚下以替换下一层中的球。去除第一层b1后，第二层b1和b2下落的概率相等，分别为概率的1/2。如果第二层b2下落的概率是1/2，导致第三层b1、b2和b3下落，则它们落入第二层b2的概率分别是1/4、2/4和1/4；类似地，在第三层中的某个球滚入第二层后，使第四层中的某个球滚入第三层中的某个球，依此类推，从而获得每层球滚下的概率分布，如图2.3所示。基于德拉夫-拉普拉斯定理和数学归纳法，假设球非常小，可以考虑单位开采引起的地表下沉。

1.1.2随机介质理论
将直角坐标系设置为x、y、z和s、q、m。在开采深度h，由0002 s × 2q×2m地下开挖单位体积引起的地表点沉降形成的最终稳定盆地称为单位沉降盆地。地表点a (x，y)附近的小面积因地下开采而下沉的概率表明单位体积开采影响地表的概率。地面沉降盆地的表达式:(x，y) ds = p1 [h (x+y)] w (x，y，z)构成开采单元区1，那么地面沉降盆地就是一个单元盆地。

1.2地铁盾构开挖引起的地表移动和变形
采用地下开挖法施工的隧道，无论是采用NATM法还是盾构法施工，都不能完全消除工程开挖对地表的影响。由于地层损失，围岩和土体在弥补损失过程中会引起地表移动和变形空。非疏水开挖时，地表移动和变形可视为隧道地层损失引起的，而人工疏水开挖时，也应考虑岩土疏水固结引起的地表沉降和变形。地铁隧道盾构开挖的影响是指盾构开挖引起的围岩或地表的移动和变形。地面沉降的截面一般为盆状，可用概率积分法描述。盾构掘进引起的土应力变化可分为五个部分:盾构掘进前的土应力变化；盾构机推进过程中土与盾构机之间因土应力引起的摩擦变化:盾构机掘进过程中工作面土应力的变化:盾构机拆除时土壤应力引起土层变化空间隙；恢复原位应力时土壤应力长期流变的变化。盾构隧道施工引起的地层位移分为五个阶段。盾构机到达前超前影响引起的沉降。当隧道开挖面距离地表监测点十米时，监测点开始产生沉降。这部分沉降是由先期影响造成的。当盾构机到达监控点以下时，由于盾构机推力过大、开挖面坍塌等因素，监控点产生的沉降或抬升会导致地层抬升或沉降。盾构机通过监控点时产生的沉降。盾构机应通过监控点的后端产生间隙空，沉降将通过长期固结沉降刘建航和侯学源减少到三个周期:①盾构机到达监控点前的地面变形；(2)盾构机到达监控点以下时的沉降；(3)盾构机通过监控点时的地面变形和后期岩土体固结变形。

1.2.1地层损失理论...............................................................................................24-25
1.2.2盾构隧道和..............................................................................................25-27
1.3本章概述...............................................................................................27-28
第2章监测方案设计和数据分析与处理...............................................................................................28-50
2.1高速公路监控方案设计...............................................................................................28-35
2.1.1高速公路监控精度要求...............................................................................................28-29
2.1.2监测原则...............................................................................................29
2.1.3监测内容和范围...............................................................................................29-30
2.1.4测量点布局...............................................................................................30-31
2.1.5监测周期...............................................................................................31
2.1.6监测方法...............................................................................................31-35
2.2监测数据分析和处理...............................................................................................35-49
2.2.1监控数据异常类型...............................................................................................35-36
2.2.2异常数据的异常分析...............................................................................................36-47
2.2.3小波分析数据处理模型...............................................................................................47-49
2.3本章概述...............................................................................................49-50
第三章高速公路稳定性评价...............................................................................................50-64
3.1高速公路稳定性评价指标...............................................................................................50-58
3.1.1盾构地下施工至...............................................................................................51-52
3.1.2盾构开挖至...............................................................................................52-55

第4章结论

由于地层损失，城市地铁隧道盾构施工打破了原有的岩土体应力平衡状态，引起了围岩的移动和变形。城市地铁隧道盾构穿越高速公路容易引起高速公路、桥涵及附属设施变形。变形是一个复杂的过程。变形的程度与许多因素有关。本文以长沙地铁二号线一期工程光大站至新昌沙站段为例。研究得出以下结论:(1)根据地铁盾构施工的特点、盾构施工引起的地面损失机理和盾构施工引起的地面运动和变形规律，研究了隧道施工中随机介质理论模型引起的地面运动和变形机理。(2)研究盾构施工对高速公路的影响类型，主要集中在高速公路沉降、水平移动、水平变形、倾斜和曲率五个方面。通过对高速公路稳定性五项指标的分析和评价，得出了它们之间的定量和定性关系，建立了一套高速公路稳定性评价指标。(3)通过确定高速公路稳定性指标，将高速公路稳定性划分为4个风险等级，划分界限为允许值的0倍、允许值的1/3倍、允许值的2/3倍和允许值的1倍，并在每个阈值范围内建立隶属函数。采用模糊函数模型对高速公路的稳定性进行了五项指标的综合评价。(4)根据城市地铁穿越高速公路的实际情况，设计了高速公路稳定性专项监测方案，主要包括监测精度要求、原则、监测内容和范围、监测点的产生、埋设、监测周期的确定和监测方法的选择。(5)提出了三种异常值:当外部环境无异常时，监测数据与以往数据相比发生突变，监测点增减较大；在外部环境没有异常的情况下，监测数据会连续几个周期出现时断时续的现象。当外界有异常情况时，变形量与正常情况相反。然后，提出置信区间法判断异常监测值，并根据三种异常值分析异常值产生的原因。提出了小波分析的方法去噪偶然的系统误差，恢复事物的实际变形规律。