【硕士】上海长江隧道连接通道冻结模拟与施工监控研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：建筑与土木工程　　授予学位：工学硕士　　学位授予单位：同济大学土木工程学院　　学位年度： 2009年　　随着我国大城市的快速发展，城市地下铁路交通和公路隧道交通的发展己大大缓解地面道路交通压力，目前很多国家采用盾构法建设隧道。在采用盾构法建设隧道时，由于隧道周围土体的原有地层应力发生改变，土体扰动必然发生，使得周围建筑、构造物、地下管线会发生位移，进而可能产生破坏，造成生命财产的损失。虽然公路隧道和地铁隧道承担着越来越繁忙的较大客流和货流的运输任务，道路交通流量和车辆及其运输物品变化也很大，不仅增加了交通隧道的火灾风险，而且还引发了不少严重的火灾事故。因为区间隧道空间属于的封闭区域，人员和设备均高度密集，一旦发生灾害，救援与疏散十分困难，因此各国对交通隧道和地下铁道的消防安全都十分重视，因此针对隧道的建设领域中的诸多技术问题的研究势在必行。　　本文以上海长江隧道工程的连接通道为研究对象，以工程实际测量数据为分析依据，研究了盾构推进过程中对周边土体的变形特征和对地面建筑物的影响规律，并针对连接通道冻结法施工过程中的冻土温度变化规律、江底位移变化规律、冻结壁和主隧道的结构安全问题进行研究。采用ansys进行冻结壁的温度场模拟；采用FLAC3D数值分析法，对连接通道开挖引起的沉降、冻结壁和隧道应力再分布进行了数值模拟，模拟结果与实际监测结果基本吻合，确保了连接通道的安全施工，并为设计和施工提供了进一步完善建议。具体研究内容如下：　　1．冻土帏幕形状、厚度、冻结管路布置及冻结壁模拟　　冻土层开挖断面选定时应考虑尽可能减少连接通道开挖过程中在其中产生的弯矩，例如可采用圆形、圆拱形等。考虑冷冻管的合理布置，比较隧道内采用单排管和双排管的优缺点。模拟并验证冻结阶段冻结壁发展的过程。　　2．连接通道施工　　对隧道结构的影响及后期连接通道的位移由于主隧道丌挖会引起土体扰动，首次土体沉降会对开挖连接通道的变形带来影响，所以必须先进行主隧道开挖模拟后，再进行连接通道的施工模拟，从而可以研究主隧道开挖引起的土体变形特性。同时连接通道施工过程对主隧道的影响主要表现在土体冻结过程中体积膨胀产生作用于隧道管片上的附加压力，在隧道管片上开洞引起的应力重新分布和变形：在连接通道开挖过程中，由于卸载引起周围土体的位移，从而引起的主隧道结构的变形。　　3．施工监控研究　　连接通道施工应保证冻结壁的安全，研究分析连接通道的冻结温度、位移及收敛、应力的关系，进行数值模拟并接合实际监测值，提出施工监控中的合理报警值。根据上海长江隧道连接通道的施工情况，优化施工和监测方案。在施工中及时反馈监测信息并对其认真分析，进行指导施工，并在施工过程中采取必要的保护措施，保证连接通道安全、顺利施工。　　总之，本文详细模拟了首条主隧道开挖引起的地面沉降和应力变化，第二条主隧道先后开挖对第一条主隧道的相互影响，连接通道采用冻结法施工的温度场、应力和位移模拟，其成果对于同类工程设计和施工的安全控制和施工预报有重要的意义。　　

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