軟土地層盾構隧道上部開挖卸載擾動位移特性及災變研究.pdf

1、圍繞流變性軟土地層地鐵隧道上部基坑開挖卸載擾動位移的空間分布和時間效應、施工方式及參數敏感性、結構穩(wěn)定性、災變演化的預測和防范等關鍵理論和技術問題，在充分調研的基礎上，采用理論分析、相似模型試驗、數值模擬、現場實測等綜合研究方法，針對地表開挖卸載擾動位移基本規(guī)律、上部土體開挖擾動位移特性、施工方式對卸載擾動位移影響、加固方式適用性及其優(yōu)化、土體流變特性對基坑開挖卸載擾動位移的影響、開挖卸載擾動位移及其災變演化預測進行了系統(tǒng)研究。取得了相

2、應有創(chuàng)新意義和實用參考價值的研究成果。
　?。?）通過一般性軟土地層基坑開挖擾動位移的幾何尺度效應、土體變形特性參數和強度特性參數敏感性的數值模擬分析，揭示了基坑開挖擾動位移空間效應中存在的充分卸載狀態(tài)及其峰值位移的演變趨勢。建立了擾動位移峰值與基坑寬深比之間冪指數函數相關關系并針對實際應用進行了相關參數的敏感性分析。對超大型基坑工程設計與施工具有指導意義。
　?。?）依據軟土地層典型基坑開挖背景，通過三維相似模型試驗，系統(tǒng)

3、研究了典型開挖方式條件下基坑施工全過程周邊土體擾動位移空間分布、時效關系及其施工步段的階段性特征。論證了基坑開挖土體擾動位移主要受上部卸載瞬時彈性恢復及土體流變特性時效位移宏觀組成及其力學成因。
　?。?）通過試驗數據回歸模擬，揭示了施工全過程土體蠕變位移及累計位移隨時間變化可用反曲函數統(tǒng)一表達，而任意深度分層土體沉降位移可用Guss函數統(tǒng)一表達等位移演化規(guī)律。建立了土體蠕變位移、累計位移時變關系及基坑斷面豎向位移空間分布等的定量

4、計算方法。研究結果可為軟土地層基坑開挖土體位移的空間分布及時效性等預測提供理論支撐。
　?。?）系統(tǒng)研究了基坑開挖全過程基坑周邊土體及下部隧道結構的擾動位移分布特征及其隨施工過程動態(tài)演化規(guī)律。建立了基坑橫斷面位移空間分布的Guss函數類相關關系，提出了任意深度分層沉降位移、流變影響下的沉降位移可分別用位移時效系數和位移深度衰減系數進行定量修正計算的實用方法。
　?。?）比較系統(tǒng)地研究了上部基坑開挖卸載作用下，下部隧道擾動位移

5、的基本特性及其風險趨勢。明確指出了上部基坑開挖卸載將不可避免地顯著加大隧道底板及地鐵線路結構的上浮位移，增加地鐵運營附加安全風險；任何加固方式，都無法從實質上改變基坑開挖過程隧道總體上浮的力學行為，只是不同程度地減緩擾動影響，從而不同程度地降低地鐵運營安全風險。有針對性的加固方式，可有效降低下部隧道安全風險。
　?。?）建立了兩種有典型意義和良好適用范圍的基坑開挖長時位移及風險的預測計算方法（基于軟土蠕變模型與FEM相結合的土體長

6、時位移計算方法、基于類比試驗與原位監(jiān)測相結合的基坑開挖擾動位移時間效應的預測計算方法）。有效解決了基坑工程初步設計或施工組織設計階段提前預測施工方案的可能導致的長時位移和技術風險以及施工期實時監(jiān)測快速反饋預測和控制位移、實時優(yōu)化施工方式和施工參數。通過累積位移監(jiān)測數據及確定位移時間相關關系控制下的分段模擬，有效提高后續(xù)工序位移變化規(guī)律及其最大值預測的準確性，為施工全過程位移及工程風險控制提供可靠支撐。
　　研究結果在上海地鐵10號