土压平衡盾构掌子面土压力控制

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进入21世纪以来,中国的经济飞速发展,城市化水平迅速提高。城市人口增加,地上建筑空间越来越拥挤,交通阻塞严重,因此对地下空间的开发利用成为解决交通问题的关键。国外地下空间开发利用已经很成熟了,很多城市都形成了四通八达的交通铁线路网。城市地铁占地较少、不破坏地面景观、安全可靠,并且可以输送大量人流,极大的缓解城市交通拥挤问题。  修建地铁等城市地下工程有盾构法、明挖法及暗挖法,而盾构法因其施工速度快、对环境影响小、经济好等优点,被广泛用于地铁隧道、电力隧道、公路隧道、过江隧道等隧道建设中。但大量工程实践表明,由于城市地铁施工是在岩上体内部进行的,对周围的土体有一定的扰动,进而引起地表变形,甚至产生灾难性问题。控制地表变形关键是要控制掌子面压力,这是盾构施工控制的核心。掌子面土压力过大,产生地表隆起;而掌子面土压力过小,掌子面土体下滑,导致地表下沉,产生一系列灾难性事故。因而如何设定掌子面压力成为盾构机设计与施工中的重要问题。  本文以研究地铁盾构隧道掌子面土压力取值为目标,总结国内外隧道掌子面土压力计算理论方法;以地铁十号线工程实例为背景,利用嵌入土的应力路径本构模型子程序的ABAQUS有限元软件,建立数值模型模拟隧道开挖,研究土体结构性、不同掌子面土压力和地层损失率对地层及土体沉降的影响;根据数值模拟结果及监测数值,反推掌子面压力及地层损失率取值,并与理论计算结果进行比较,提出掌子面压力合理取值方法,进而对今后的地铁施工和设计提供指导,因而本项研究具有实际的指导意义。
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