盾构下穿建筑物的沉降规律与远程自动监测系统的研究.doc
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1、国内图书分类号: 国际图书分类号:西 南 交 通 大 学研 究 生 学 位 论 文盾构下穿建筑物沉降规律与远程自动监测系统研究年 级: 二八级 姓 名: 刘 强 申请学位级别: 工学硕士 专 业:桥梁与隧道工程指 导 教 师: 漆泰岳 教授 二一 年 九 月Classified Index:U.D.C:Southwest Jiaotong UniversityMaster Degree ThesisRESEARCH ON SUBSIDENCE LAW OF A BUILDING UNDER THE CONDITIONOF SHIELD TUNNELING AND STUDYON AUTOMAT
2、IC MONITORING SYSTEMGrade: 2008Candidate: Liu QiangAcademic Degree Applied for: MasterMajor: Bridge & Tunnel EngineeringSupervisor: Prof. Qi TaiYueSeptember, 2010西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复印手
3、段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1保密,在 年解密后适用本授权书;2不保密,使用本授权书。(请在以上方框内打“”)学位论文作者签名: 指导老师签名:日期: 日期:西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下: 1、杭州地铁1号线秋涛路站城站站盾构区间隧道工程为背景,分析了隧道盾构施工对邻近建筑物影响的主要因素,结合本工程的实际情况,考虑与该工程相关的影响因素,重点研究隧道盾构施工下穿该邻近建筑物时,建筑物的体现出的沉降规律以及建筑结构内力的变化规律。2、针对杭州地铁1号线秋涛路站城站站盾构区间隧道工程难以采用传统的人工监测方法进行信息化施工的特点,
4、本文提出了适合于城市建筑物密集、交通繁忙地区地铁隧道施工的远程自动监测的方法,对隧道盾构施工远程自动监测系统的原理、组成、信息系统的开发进行了研究。本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 摘 要在地面建筑密集的城市中进行地铁隧道施工,必然会引起地层移动和变形,对周边的建筑物造成不利影响。城市地铁区间隧道盾构施工引起邻近建筑物的沉降规律,以及实时自
5、动获取建筑物沉降变形信息,并判断和评价建筑物的安全状态,一直以来都是隧道工程界普遍关注的热点问题。本文以杭州地铁1号线秋涛路站城站站盾构区间隧道工程为背景,分析隧道盾构施工对邻近建筑物沉降与受力的影响,具体包括以下几个方面:1分析无建筑物时,隧道施工引起的地表沉降的规律,进而分析邻近建筑物时,隧道施工对地面建筑物沉降的影响。2分析隧道施工对地面建筑物影响的主要因素,然后结合本工程的实际情况,考虑与该工程相关的影响因素,包括:建筑物结构形式及分类、建筑物与盾构隧道的空间关系、盾构掘进参数。确定以兴隆西村13幢为研究对象,该建筑修建于1982年,为5层砖混结构,条形基础,基础埋深1.2m,隧道埋深
6、15.78m,隧道左线从建筑物下方中间穿越。重点研究隧道盾构施工下穿该邻近建筑物时,建筑物的体现出的沉降规律以及建筑结构内力的变化规律。3通过建立建筑物弯曲和倾斜变形控制的地表容许沉降和容许土体损失率,来判断盾构隧道施工是否对邻近建筑物产生损坏。4为保证施工安全顺利进行,本工程采用信息化施工的理念,考虑到杭州地铁1号线秋涛路站城站站盾构区间隧道工程难以采用传统的人工监测方法进行信息化施工的特点,本文提出了适合于该工程实际情况的隧道施工的远程自动监测的方法。隧道盾构施工远程自动监测系统包括两大部分,一是位于施工现场的自动量测系统,二是位于施工现场以外的信息管理系统。其中自动量测系统主要完成施工期
7、间监测数据采集功能,包括传感器、数据传输电缆和数据采集仪器;信息管理系统具备数据访问与查询、数据反馈与地层变形预测等功能。关键词 盾构隧道;邻近建筑物;地表沉降;自动监测系统AbstractIn density urban area, Subway tunnel construction will inevitably cause strata movement and deformation, and then cause damage to the adjacent buildings. In city, It is a big concern for engineer to obtain
8、 the buildings subsidence rule due to construction of shield tunnel and to gain the real-time settlement information of building automatically, and then use them to evaluate or estimate the safe state of buildings.This article base on Hang Zhou metro line 1 Qiu Tao Road subway station Railway statio
9、n interval shield tunnel project. The main purpose is to analyze the influence caused by the tunnel construction beneath a building. The article mainly include the following parts.1.Analyze the basic law of ground surface settlement by the construction of a shield tunnel, and then analyze the buildi
10、ng settlement by the construction of a shield tunnel.2.Analysis of the main influence factors of shield tunneling nearby buildings is conducted, which includes the structure form and classification, the spatial relationship between buildings and tunnel, tunnel excavation parameters etc. A typical bu
11、ilding is chosed for simulation, This strip foundation building was constructed in 1982, which have five floors, buried depth is 15.58m, embedded depth is 1.2m and the left line of the tunnel pass through the building below. The main propose of the research is to find the settlement rule and structu
12、ral mechanical characteristics of building caused by the tunnel construction. 3.Through the analysis of the surface subsidence allowance and the soil loss allowance which are subjected to building bending deformation and tilt, to estimate the damage degree of the building.4.For the safe of the const
13、ruction, The informationized method is applied to this project. According to the truth that Hang Zhou metro line 1 shield tunnel project which is not suitable for using traditional manual monitoring method, A remote automatic real-time monitoring method is proposed to meet the need of tunneling. Shi
14、eld tunneling remote automatic real-time monitoring system includes two parts, one is the automatic measurement system which located in the construction site, the other one is called the information management system which located outside the construction site. Automatic measurement system includes
15、sensors, data transmission cable and data acquisition instruments, which have the monitoring data acquisition functions. Information management system contains data access and query data, data feedback and strata distortion forecast functions.Key words: shield tunnel; adjacent structures; ground set
16、tlement; automatic monitoring systems目 录第1章 绪 论11.1 隧道施工引起的地表变形研究回顾11.2 隧道施工对邻近建筑物影响研究回顾31.3 隧道工程施工信息化系统研究回顾61.4 本文的研究工作81.4.1 选题的意义和必要性81.4.2 本文主要研究内容8第2章 隧道施工引起地表沉降的基本规律92.1 隧道施工引发的地表沉降基本规律92.1.1 地表沉降沿横断面方向分布规律92.1.2 地表沉降沿纵断面方向分布规律102.2 盾构法施工的地表沉降规律122.2.1 地表纵向沉降规律132.2.2 沉降历时规律132.3 地表沉降的原因和主要影响因
17、素142.3.1 地表沉降的原因142.3.2 地表变形的影响因素152.3.3 盾构法施工地表沉降的原因162.4 本章小结17第3章 盾构施工引起建筑物沉降的主要影响因素分析183.1 隧道开挖对上部建筑物的变形影响183.2 建筑结构抵抗变形的性能193.2.1 基础刚度203.2.2 建筑物结构的刚度和重量203.2.3 结构所处沉降槽的位置213.2.4 隧道断面尺寸及开挖进尺的影响213.3 建筑结构在隧道开挖下的变形模式223.3.1 上部结构的破坏模式223.3.2 基础的破坏模式233.4 控制建筑物受影响的措施243.4.1 施工控制243.4.2 地层加固措施253.4.
18、3 结构措施253.5 隧道施工过程中建筑物评价标准的建立263.5.1 建筑物基础变形控制的地表允许沉降标准263.5.2 沉降槽宽度参数法评价标准303.6 本章小结31第4章 盾构施工主要影响因素对邻近建筑影响实例分析324.1 工程概况324.2 与本工程相关的主要影响因素334.2.1 建筑物结构形式及分类334.2.2 建筑物与盾构隧道的空间关系334.2.3 盾构掘进参数344.2.4 本工程数值模拟考虑的因素344.3 建立数值模型354.3.1 数值模型的特点354.3.2 数值模型参数指标364.4 计算成果及分析374.4.1 建筑物及地表沉降分析384.4.2 建筑物沉
19、降安全评价524.4.3 建筑物结构受力分析534.5 建筑物地基变形分析584.6 本章小结59第5章 隧道盾构施工远程自动监测系统研究615.1 隧道工程监测概述615.1.1 隧道监测的目的625.1.2 盾构隧道监测内容625.1.3 监测断面和测点布置625.1.4 监测频率635.1.5 预警、报警值635.2 隧道监测方法645.2.1 人工监测方法645.2.2 自动监测方法655.3 盾构隧道施工远程自动监控系统675.3.1 盾构隧道施工自动量测系统675.3.2 盾构隧道施工信息管理系统685.4 本章小结71结 论72致 谢74参考文献75攻读硕士期间发表的论文及参加的
20、科研项目78第1章 绪 论国内外对隧道施工引起的地面沉降研究较多,但大多数都没有考虑邻近建筑物的工况,或在分析过程中用荷载代替建筑物及其基础,这种不考虑建筑物或者采用荷载简化法,均忽略了建筑物存在情况下隧道施工引起的沉降变化问题。如何在基础设施遍布的城市中进行安全施工是建设中的难题。工程实践证明,必须在施工过程中采用监控量测和信息反馈技术,及时地修改设计、指导施工和跟踪动态管理,安全地完成地下工程的建设 刘招伟,赵运臣. 城市地下工程施工监测与信息反馈技术M.北京:科学出版社.2006。1.1 隧道施工引起的地表变形研究回顾在隧道施工引起的地表移动和变形中,地表沉降的大小和分布是最受关注的。对
21、于隧道施工引起的地表沉降问题的研究,起源于对煤矿等矿山巷道上方地表沉降现象的分析。对于这种现象,首先对地表沉降槽的形状进行观察,将沉降槽的曲线形态以数学形式加以表现,逐步对地表沉降分布、最大沉降量等进行理论和经验上的推断。根据煤矿地区巷道开挖地表下沉的实测结果,Martos F.(1958) Maros F. ,Concerning an approximate equation of subsidence trough and its time factors, Proc. of theInternational Strata Control Congress,Leipzig,1958提出隧
22、道开挖所引起的地表沉降槽可由误差函数近似表示。1969年,在当时大量隧道开挖施工引起的地表沉降实测资料的基础上,Peck R.B系统地提出了地层损失的概念和估算隧道开挖地表下沉的实用方法Peek R.B. Deep excavations and tunneling in soft ground. Proc. 7th International Conference on SoilMechanics and Foundations Engineering, Mexico City, State-of-Art Report,1969.p:225-290,即Peck公式。此后,Peck R.B本人
23、及其他不少学者和工程技术人员作了大量工作,使之成为目前应用最为广泛的预计隧道施工地表沉降的方法。Peck R.B认为,在不排水情况下,隧道开挖形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积。他假定地层损失在整个隧道长度上均匀分布,隧道施工所产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线(如图1- 1所示),因此提出如下地表沉降分布的预计公式: (1- 1) (1- 2)式中 S(x)距离隧道中心轴线为x处地表沉降值(m);Smax隧道中心线处地表最大沉降量(m);Vi施工引起的隧道单位长度地层损失(m3/m); i地表沉降槽宽度系数(m)。公式(1-1)和(1-2)中,需要确定Vi和i两个参数。这些参
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