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长沙地铁复合地层盾构选型与掘进参数研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外的研究现状

1.3.1 盾构法施工的理论研究现状

1.3.2 盾构法施工的模型试验研究现状

1.3.3 盾构机施工数值模拟研究现状

1.3.4 复合地层盾构法施工研究现状

1.4 研究内容

1.5 研究方法

第2章 工程概况及区间盾构选型

2.1 工程概况

2.2 工程地质与水文地质条件

2.2.1 区间地质概况

2.2.2 盾构区间主体穿越的地层及地质评价

2.2.3 水文地质情况

2.2.4 对工程影响较大的特殊地质

2.3 区间盾构机选型

2.3.1 盾构选型的依据

2.3.2 土压和泥水盾构机的工程适宜性

2.3.3 土压及泥水盾构优缺点对比

2.3.4 盾构选型的主要方法

2.3.5 选型结论

2.4 刀盘及道具选型研究

2.4.1 刀盘形式

2.4.2 刀具类型

2.4.3 盾构刀具布置方案

2.4.4 刀具、刀盘的布局特点对地质的适应性

2.5 本章小结

第3章 长沙地铁复合地层盾构掘进参数统计分析

3.1 盾构掘进参数数据选取

3.2.盾构掘进参数分析

3.2.1 不同地层段盾构总推力统计及直方图

3.2.2 不同地层段刀盘扭矩统计及直方图

3.2.3 不同地层段盾构掘进速率统计及直方图

3.3 掘进参数纵向区间内的变化规律

3.3.1 总推力纵向变化规律

3.3.2 刀盘扭矩纵向变化规律

3.3.3 掘进速度纵向变化规律

3.3.4 刀盘转速的变化规律

3.4 掘进参数归一化和曲线拟合

3.4.1 推力均值(F)和扭矩均值(M)参数的归一化

3.4.2 参数的归一化处理

3.4.3 参数的曲线拟合

3.5 地质参数的加权处理及归一化

3.6 掘进参数与地质参数的关联性分析

3.7 本章小结

第4章 掘进参数影响因素及规律性分析

4.1 掘进参数方差分析

4.2 掘进参数规律性分析

4.2.1 砂卵石地层段盾构掘进参数规律分析

4.2.2 强、中风化岩交汇地层段盾构掘进参数规律分析

4.2.3 中风化砂岩段掘进参数规律分析

4.2.4 不同地层掘进参数对比分析

4.3 盾构施工监测数据分析

4.3.1 盾构施工监测分析

4.3.2 地表沉降观测点布设

4.3.3 横向沉降规律分析

4.3.4 地表纵向沉降规律分析

4.4 本章小结

第5章 盾构掘进施工数值模拟分析

5.1 计算模型与假定

5.1.1 计算方法与计算假定

5.1.2 计算模型与计算参数

5.1.3 计算模拟施工步骤

5.2 砂卵石地层盾构施工数值模拟分析

5.2.1 地表沉降分析

5.2.2 地层应力分析

5.2.3 管片受力分析

5.2.4 盾构不同推力下对地层的影响

5.2.5 小结

5.3 软硬交汇复合地层盾构施工数值模拟分析

5.3.1 地表沉降分析

5.3.2 地层应力分析

5.3.3 管片受力分析

5.3.4 盾构不同推力下对地层的影响

5.3.5 小结

5.4 中风化砂岩地层盾构施工数值模拟分析

5.4.1 地表沉降分析

5.4.2 地层应力分析

5.4.3 管片受力分析

5.4.4 盾构不同推力下对地层的影响

5.4.5 小结

5.5 本章小结

第6章 主要结论及展望

6.1.主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及科研情况

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摘要

盾构法施工具有对地层适应性广,施工安全系数高等优点,在城市地铁隧道施工中发挥着越来越重要的作用。目前长沙地区盾构施工的经验尚少。
   本文依托长沙市地铁2号线锦泰广场~万家丽路盾构区间隧道工程,采用现场掘进参数统计分析及数值计算等方法,系统研究和总结了长沙市典型地层条件下盾构法施工的控制技术。主要研究内容有:
   (1)针对长沙地铁2号线10标盾构区间具体地质条件,从地层渗透系数、颗粒级配数、地层类别、渣土处理和经济效益角度,探讨了长沙地铁盾构机的选型的影响因素,确定了长沙地铁施工的盾构机类型,并进一步确定了盾构刀盘和刀具的类型和布置方案。
   (2)通过数理统计方法对复合地层下盾构掘进的施工参数进行了分析探讨了不同地层中各掘进参数之间的关系,分析了各参数的影响因素。
   (3)通过合理选取盾构掘进参数,对数据的归一化和曲线拟合处理,对推力、扭矩与地层之间的相互作用进行了总结分析,得出了掘进参数沿区间纵向的变化规律以及与地层之间的关联性。
   (4)通过对盾构区间地表变形进行统计分析,得出了地表横向、纵向变形规律,分析了造成地表变形的主要原因。
   (5)通过数值计算对盾构掘进进行模拟,结合监测结果,验证了计算结果的可靠性,进一步分析了不同推力对地层的影响,提出了不同地层下推力的合理值。

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