既存隧道周圍土壓力受鄰近新挖隧道的影響

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楊行志(Hsiang-Chih Yang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

既存隧道周圍土壓力受鄰近新挖隧道的影響
(The Influence of Earth Pressure in Pre-exist Tunnel due to Neighboring Shield Tunnelling Construction)

相關論文

★ 砂土層中隧道開挖引致之地盤沉陷與破壞機制及對既存基樁之影響	★ 以離心模型試驗探討逆斷層作用下單樁與土壤互制反應
★ 攝影測量在離心模擬試驗之應用-以離心隧道模型之地表沉陷量量測為例	★ 沉箱式碼頭受震反應的數值分析
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★ 懸臂式擋土壁開挖之離心模型試驗	★ 既存隧道襯砌彎矩受鄰近水平新挖隧道的影響

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摘要(中)

摘要
擁擠的都市地下空間中，進行軟弱土層大斷面的隧道開挖及近接隧道施工的案例日益增多。潛盾隧道施工過程中，由於地盤應力的變化，造成鄰近周邊地盤的變形，也造成既存隧道鄰近及結構物產生下陷、傾斜甚至結構體破壞。鄰近既存隧道旁挖新隧道時，可能造成營運中的既存隧道受損，因此如何對既存隧道的保護或新挖隧道的施工掘進管理成為相當重要的工作。
潛盾隧道施工常遭遇的問題包含：(1)隧道開挖面之穩定性檢討；(2)施工引致地表沈陷分佈與對建物之影響評估；(3)作用於環片之土壓力大小評估。
針對潛盾施工問題，故本研究之重點分為三大主題：第一部份探討單隧道開挖穩定問題，由於開挖的過程中，鄰近地表面之隧道開挖面穩定分析是一個複雜的三向度問題，故以離心模型試驗探討單隧道開挖面破壞所引致之地表沈陷分佈狀態、隧道周圍孔隙水壓之變化及隧道破壞後之地盤變化與破壞型態；第二部份探討單隧道盾尾間隙閉合後地盤應力釋放作用在環片上土壓力大小，用以決定隧道環片之強度及架設時機；第三部分探討新建隧道掘進推力、盾尾間隙閉合及背填灌漿壓力等施工過程，對既存隧道局部土壓力變化之關係。上述模型試驗成果，將與現場糧側結果進行比對，檢核其正確性。

摘要(英)

ABSTRACT
In order to reduce the environmental impacts in crowded cities the neighboring shield tunneling construction works have obviously increased recently. The change of ground stresses due to tunneling processes would cause the displacement of ground nearby a tunnel. Structures sit on it may settle, tilt and even fail. It is a key issue to provide an appropriate measure to avoid a pre-exist tunnel system being exposed to danger as a result of new neighboring shield driven.
The problems a designer often faces on construction of the shield tunnel in soft ground are：(1) the face stability of a tunnel; (2)influence of the magnitude and extent of surface settlement trough caused by tunneling on the safety of building nearby a tunnel; (3)estimate of the earth pressure on tunnel segments.
This study emphasize in three key subject：(1)During excavation, the face stability analysis of a shallow tunnel is a complex three-dimensional problem. Therefore, a series of single tunnel centrifuge model embedded in soft soils was used to investigate the distribution of surface settlement troughs, the changes of pore water pressure and the collapse mechanisms around the tunnel; (2)A series of three-dimensional models with cover-to-diameter ratios 2 are used to investigate the earth pressure acting on liner after tail voids closure and on the liner of a existed tunnel due to nearby new tunneling; (3)This aims at to investigate the earth pressure change caused by face supporting pressures, back grouting pressure and tail voids convergence during tunnel construction process using a centrifuge tunnel model. The test results will be compared with the field data to check the validity of the proposed method.

關鍵字(中)

★ 盾尾孔隙閉合
★ 開挖面穩定
★ 未襯砌長度
★ 潛盾隧道
★ 土壓力
★ 新挖隧道

關鍵字(英)

★ Distribution of earth pressure
★ shield tunnel

論文目次

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅵ
圖目錄 Ⅶ
照片目錄 ⅩⅡ
符號說明 ⅩⅢ
第一章緒論
1.1 引言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究架構 3
1.4 論文內容 5
第二章文獻回顧
2.1 隧道開挖面穩定分析 6
2.1.1 軟地通隧之臨時支撐壓力 6
2.1.2 隧道模型試驗 7
2.1.2.1 置於粘土層中的離心隧道模型試驗 7
2.1.2.2 砂土層中隧道開挖面穩定之離心模型試驗 8
2.1.2.3 粘土層中隧道開挖面穩定之離心模型試驗 10
2.1.2.4 破壞機制理論分析 11
2.1.2.5 潛盾隧道開挖之離心模擬 15
2.2 潛盾隧道之開挖面穩定分析 17
2.2.1 開挖面主動破壞之作用力Pa(Pmin) 18
2.2.2 開挖面被動破壞之作用力Pp(Pmax) 20
2.2.3 適當之開挖面作用力之P大小 21
2.2.4 潛盾機土倉壓力 22
2.3 隧道襯砌分析方法 23
2.3.1 彈性環模式 23
2.4 作用在襯砌結構之荷載 23
2.4.1 隧道周圍土壓力分佈 24
2.4.2 地拱效應 24
2.5 新挖隧道對既存隧道之影響 25
2.6 離心模型試驗之模型模擬 28
第三章試驗方法
3.1 試驗方法 58
3.2 試驗儀器及相關設備 58
3.2.1 地工離心機 58
3.2.2 模型準備箱 59
3.2.3 模型試驗箱 59
3.2.4 其他量測工具 60
3.3 試體準備與模型製作 61
3.3.1 重模試體準備 61
3.3.2 標線及孔隙水壓計之埋設 62
3.3.3 模型隧道之製作 62
3.4 試驗方法與步驟 64
3.5 無圍壓縮試驗及含水量量測 67
第四章試驗結果與討論
4.1 模型試驗及試驗類別 90
4.2 土壤強度之標定 92
4.3 離心模型試驗之重複性 92
4.4 隧道襯砌土壓計之間斷效應 93
4.5 單隧道開挖面穩定分析 94
4.5.1 地表沉陷分布型態 94
4.5.2 單隧道地表沉陷槽分布曲面 95
4.5.3 開挖面之水平位移 96
4.5.4 孔隙水壓分布型態 96
4.5.5 破壞型態與地盤變位 97
4.5.6 破壞機制理論分析 98
4.6 單隧道盾尾間隙閉合後周圍土壓力分布及孔隙水壓分布 101
4.6.1 盾尾間隙閉合後周圍土壓力分布 101
4.6.2 盾尾間隙閉合引致孔隙水壓變化 102
4.7 新挖隧道開挖對既存隧道影響之試驗 104
4.7.1 新挖隧道開挖對既存隧道土壓力之影響 104
4.7.2 新挖或後行隧道開挖對既存隧道周圍孔隙水壓之影響 106
4.7.3 新挖隧道開挖面的土壤漏失行為 106
第五章結論
5.1 結論 172
5.2 建議 174
參考文獻 176

參考文獻

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指導教授

李崇正(Chung-Jung Lee)

審核日期

2002-7-16

推文