地下開挖地層沉降過程的控制機(jī)理研究

隨著地下開挖工程導(dǎo)致的災(zāi)難事故越來越多，開挖引起的地層位移與變形研究顯得非常重要，目前的研究基本上都沒有考慮地表建筑群的存在對于地表位移的影響，而且缺少對地層移動災(zāi)變發(fā)生機(jī)理和演化規(guī)律的深入認(rèn)識?；谏鲜銮闆r，本項(xiàng)目進(jìn)行了如下工作：(1) 根據(jù)長沙市地鐵開挖的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，采用回歸分析法引入兩個修正系數(shù),即地表最大沉降修正系數(shù)和沉降槽寬度修正系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)情況、地鐵埋深等因素對Peck公式進(jìn)行了修正，并推導(dǎo)出了適用于地下開挖地表最大沉降修正系數(shù)和沉降槽寬度修正系數(shù)，得出了適用于相同地質(zhì)情況地區(qū)地鐵開挖的Peck公式。工程實(shí)踐表明，修正的Peck公式對地下開挖施工地表沉降預(yù)測具有工程指導(dǎo)意義。(2) 通過對六種預(yù)測長期沉降的曲線進(jìn)行了擬合，分別確定了各個曲線的相關(guān)參數(shù)，并將現(xiàn)場實(shí)測值與預(yù)測值進(jìn)行了比較分析。研究表明，雙曲線預(yù)測模型的誤差較小，雙曲線預(yù)測模型的預(yù)測值是偏于保守的，它預(yù)測所得到的最大沉降量要大于其它所有模型預(yù)測值，這正好給工程應(yīng)用留下了安全儲備，對于設(shè)計、施工都更加安全可靠。通過雙曲線模型對地下工程的長期沉降值進(jìn)行了預(yù)測，為其后期投入運(yùn)營提供了參考依據(jù)。(3) 基于動力模型相似理論，設(shè)計了一個尺寸為1:10的偏壓隧道模型進(jìn)行大型振動臺試驗(yàn)，研究模型分別在大瑞人工波、Kobe波和汶川波水平豎向雙向激振條件下偏壓隧道的加速度、動應(yīng)變和圍巖壓力的動力響應(yīng)特性。研究表明，襯砌水平方向加速度動力響應(yīng)受地震波的類型和加速幅值的影響不大，主要與測點(diǎn)位置關(guān)；襯砌豎向加速度動力響應(yīng)與地震波類型、加速度幅值大小和測點(diǎn)位置有關(guān)，對激振峰值有明顯的放大效應(yīng)。(4) 對隧道穿越重點(diǎn)建筑物進(jìn)行方案的優(yōu)化設(shè)計，通過理論及現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，建立了大斷面隨道施工對圍巖地層及周邊建筑物結(jié)構(gòu)的變位過程控制標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，建立城市隧道施工對建筑物的安全影響的監(jiān)測系統(tǒng)，基于動態(tài)控制理論并結(jié)合長沙地鐵望梅區(qū)間段實(shí)際工程應(yīng)用研究，提出了地層及建筑物變位過程控制的方法和技術(shù)措施。(5) 采用數(shù)值分析方法對周邊建筑結(jié)構(gòu)的響應(yīng)規(guī)律及其影響因素進(jìn)行了分析，提出了周邊建筑物的安全性控制指標(biāo)及方法，在原有的建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將建筑物裂縫的寬度加入作為衡量建筑物控制的一項(xiàng)指標(biāo)。 2100433B

隨著地下開挖工程導(dǎo)致的災(zāi)難事故越來越多，開挖引起的地層位移與變形研究顯得非常重要，目前的研究基本上都沒有考慮地表建筑群的存在對于地表位移的影響，而且缺少對地層移動災(zāi)變發(fā)生機(jī)理和演化規(guī)律的深入認(rèn)識。本項(xiàng)目采用模型試驗(yàn)、現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值模擬等手段，基于非線性動力學(xué)理論以及變位分配原理對地下洞室-地層-建筑物的相互作用關(guān)系以及建筑物安全控制進(jìn)行系統(tǒng)研究。重點(diǎn)分析地下開挖引起的地層變形與傳播規(guī)律，建立不同地層受開挖影響的沉降模式，揭示地下洞室周邊建筑物對地層變形演化過程的影響規(guī)律。考慮周邊建筑與地層變形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和時空效應(yīng)，研究建筑群的地表位移控制技術(shù)，提出基于建筑物安全的地下洞室合理埋深優(yōu)化方法。從典型安全事故和重大災(zāi)變的發(fā)生機(jī)理入手，分析影響地下開挖周邊建筑物安全的主要誘發(fā)因素，建立建筑物安全風(fēng)險辨識模式和分析模型。研究成果可以為地下開挖工程提供理論指導(dǎo)，具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)已查明，地下水超量開采是造成常通長江公路大橋地層沉降的主要元兇，其次是地質(zhì)條件和人為工程的影響。建立地層沉降與地下水的關(guān)系模型，對不同地下水開采條件下，橋位區(qū)地層沉降今次內(nèi)閣預(yù)測，綜合判斷橋位去地層沉降及橋位兩岸和主墩是否存在差異性沉降對橋梁的影響。由此提出在橋位區(qū)采用控制地下水開采方法來控制地層沉降對橋梁的影響和破壞。 2100433B

盆地復(fù)雜地層非開挖鋪管新技術(shù)專題采用擠壓與切削同時進(jìn)行的鉆進(jìn)原理，研究了側(cè)入式導(dǎo)向鉆具及其鉆進(jìn)鋪管工藝。山地硬巖地層非開挖鉆進(jìn)鋪管新技術(shù)，采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)原理，研究了潛孔錘導(dǎo)向鉆具和及其鉆進(jìn)鋪管工藝，為硬巖地層實(shí)施非開挖鋪設(shè)地下管線提供了技術(shù)方法。地下管道內(nèi)損傷電視檢測系統(tǒng)。由裝在地下管道車上的CCD微型彩色攝像頭捕捉地下管道內(nèi)損傷信號（視頻信號），傳到地表控制臺，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過軟件處理，最后直接由計算機(jī)輸出信號，反映地下管道的內(nèi)損傷情況，實(shí)現(xiàn)地下管道內(nèi)損傷檢測。非開挖泥漿材料和處理劑。成功地合成（研制）出交聯(lián)水解聚丙烯酰胺CHPAM適合非開挖工程施工要求。試驗(yàn)基地建設(shè)，在成都盆地地區(qū)完成完成上述專題的各種試驗(yàn)任務(wù)。 2100433B