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随着我国经济与交通的迅速发展,城市化进程加快,地下轨道交通需求越来越大,盾构法因其施工方便、对周边扰动小等优点成为城市隧道施工的首选方法。在施工过程中,盾构隧道不可避免的下穿江河湖泊等浅覆土地区,易造成隧道上浮。针对隧道上浮问题,在总结相关研究现状的基础上,采用理论分析和数值模拟对下穿河道浅覆土隧道进行研究与分析。本文主要研究内容如下:(1)基于Mindlin解推导在考虑土体损失情况下上浮力作用对地层位移的平面二维解,并将其与数值模拟结果进行比较。总结隧道在满足抗浮要求下的最小覆土厚度计算方法,并与实际工程设计覆土厚度相比较,验证设计厚度是否满足抗浮性要求。(2)通过Midas建立二维有限元模型,分析覆土厚度、土体弹性模量对隧道上浮问题的影响,重点研究了各个因素变化下管片与地表及深层土体的变化规律。(3)结合实际工程建立三维有限元模型,探讨注浆压力、注浆层厚度和掘进压力对管片上浮与地层变形影响,并且研究了管片及周边土体对注浆压力、掘进压力变化的敏感度。通过比较隧道地层变形量及管片上浮量,确定合理的施工参数。研究结果表明:(1)本文推导的考虑地层损失及上浮力共同作用下的地表位移计算公式与数值模拟结果相比较为接近,表明本文推导的理论公式具有一定的参考意义。(2)通过对覆土厚度的分析,得到了管片上浮、地表竖向及水平位移与覆土厚度呈负相关,且等量覆土厚度对管片的抗浮作用随厚度的增加逐渐减弱。(3)管片上浮量及土层竖向位移与土体弹性模量呈负相关,随着弹性模量的增大,每单位弹性模量对管片及土体的位移影响逐渐减小。(4)注浆压力及掘进力的增大会增加管片上浮量,地表竖向位移随之增大;而注浆层厚度增加会使管片上浮量减小,地表沉降增大。对于注浆压力,土体拱顶竖向位移对注浆压力变化最敏感,其次为管片上浮,敏感度最小为土体拱底;对于掘进压力,管片上浮量与土体拱顶竖向位移对掘进压力变化最敏感,两者敏感程度较为接近,最不敏感的为土体拱底竖向位移。因此在盾构开挖掘进过程中,需严格控制好注浆压力与掘进压力大小,规划合适的建筑间隙以确保注浆层厚度的合理性。