地下开挖地层沉降过程的控制机理研究

With more and more accident caused of underground excavation , the research of strata displacement and deformation become very important. Present study nearly consider the effect of the surface buildings for surface displacement, and the same as deep understanding of strata movement catastrophe occurring mechanism and evolution law. In this project, with methods as model test, field monitoring and numerical simulation are used, nonlinear dynamics theory and displacement distribution principle are based on, a systematic research for interaction relationship between underground caverns, formation, buildings and the buildings' safety control principle are proceeded. Strata deformation and propagation law in underground excavation are emphatically analyzed, settlement modal of different formation effected by excavation is established. Moreover, influence law of stratum deformation evolutionary process by overlying buildings is revealed . Structural characteristics and time-space effect for the overlaying buildings and stratum deformation are considered, surface displacement-control techniques and methods for building group are studied, and optimization methods for rational burying depth of underground cavern based on the safety of the building is proceeded. Starting with typical safety accidents and occurrence mechanism, main inducing factors for overlying buildings' safety are analysised, identification model and analysis model for building security risk are established. .Research results can provide theoretical guidance for the design and construction of underground excavation projects, and have important theoretical significance and broad application value.

随着地下开挖工程导致的灾难事故越来越多，开挖引起的地层位移与变形研究显得非常重要，目前的研究基本上都没有考虑地表建筑群的存在对于地表位移的影响，而且缺少对地层移动灾变发生机理和演化规律的深入认识。本项目采用模型试验、现场监测与数值模拟等手段，基于非线性动力学理论以及变位分配原理对地下洞室-地层-建筑物的相互作用关系以及建筑物安全控制进行系统研究。重点分析地下开挖引起的地层变形与传播规律，建立不同地层受开挖影响的沉降模式，揭示地下洞室周边建筑物对地层变形演化过程的影响规律。考虑周边建筑与地层变形的结构特点和时空效应，研究建筑群的地表位移控制技术，提出基于建筑物安全的地下洞室合理埋深优化方法。从典型安全事故和重大灾变的发生机理入手，分析影响地下开挖周边建筑物安全的主要诱发因素，建立建筑物安全风险辨识模式和分析模型。研究成果可以为地下开挖工程提供理论指导，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

随着地下开挖工程导致的灾难事故越来越多，开挖引起的地层位移与变形研究显得非常重要，目前的研究基本上都没有考虑地表建筑群的存在对于地表位移的影响，而且缺少对地层移动灾变发生机理和演化规律的深入认识。基于上述情况，本项目进行了如下工作：(1) 根据长沙市地铁开挖的实际观测数据，采用回归分析法引入两个修正系数,即地表最大沉降修正系数和沉降槽宽度修正系数，根据地质情况、地铁埋深等因素对Peck公式进行了修正，并推导出了适用于地下开挖地表最大沉降修正系数和沉降槽宽度修正系数，得出了适用于相同地质情况地区地铁开挖的Peck公式。工程实践表明，修正的Peck公式对地下开挖施工地表沉降预测具有工程指导意义。(2) 通过对六种预测长期沉降的曲线进行了拟合，分别确定了各个曲线的相关参数，并将现场实测值与预测值进行了比较分析。研究表明，双曲线预测模型的误差较小，双曲线预测模型的预测值是偏于保守的，它预测所得到的最大沉降量要大于其它所有模型预测值，这正好给工程应用留下了安全储备，对于设计、施工都更加安全可靠。通过双曲线模型对地下工程的长期沉降值进行了预测，为其后期投入运营提供了参考依据。(3) 基于动力模型相似理论，设计了一个尺寸为1:10的偏压隧道模型进行大型振动台试验，研究模型分别在大瑞人工波、Kobe波和汶川波水平竖向双向激振条件下偏压隧道的加速度、动应变和围岩压力的动力响应特性。研究表明，衬砌水平方向加速度动力响应受地震波的类型和加速幅值的影响不大，主要与测点位置关；衬砌竖向加速度动力响应与地震波类型、加速度幅值大小和测点位置有关，对激振峰值有明显的放大效应。(4) 对隧道穿越重点建筑物进行方案的优化设计，通过理论及现场实测数据的分析，建立了大断面随道施工对围岩地层及周边建筑物结构的变位过程控制标准。在此基础上，建立城市隧道施工对建筑物的安全影响的监测系统，基于动态控制理论并结合长沙地铁望梅区间段实际工程应用研究，提出了地层及建筑物变位过程控制的方法和技术措施。(5) 采用数值分析方法对周边建筑结构的响应规律及其影响因素进行了分析，提出了周边建筑物的安全性控制指标及方法，在原有的建筑物沉降控制标准的基础上，将建筑物裂缝的宽度加入作为衡量建筑物控制的一项指标。