论文摘要
在富水地层中盾构法施工遇到软弱、松散、自稳性差和渗透系数高的地层时,极易出现管片渗水、掌子面喷涌、地面塌陷等常见的安全风险。前人对于富水地层研究只是针对某单一地层,因此有必要对盾构穿越不同富水地层地面变形规律及控制技术展开研究,研究成果具有重要理论意义及实际工程价值。本文以青岛地铁一号线某区间盾构法施工穿越不同富水地层为工程依托,综合运用现场地面沉降实测、理论分析和数值模拟等方法展开系统研究,具体研究内容和成果如下:（1）将青岛地铁一号线北段盾构隧道划分成12种组段;以北段某富水盾构区间为工程实例,综合考虑该区间穿越地层和沿线施工环境风险状况划分成5种安全风险组段,是后续展开研究的基础;进行富水地层盾构选型,确定选用复合式土压平衡盾构,得到其在不同富水地层下掘进过程中三种工作模式。（2）通过Peck预测公式对区间不同组段监测断面实测数据进行回归分析并且拟合得到的曲线与实测数据较吻合,说明采用线性回归方法能较好预测该区间盾构隧道施工引起的地表沉降规律;引入富水地层下地表最大沉降修正系数a、沉降槽宽度修正系数b对Peck预测公式进行修正,当a在0.4～0.7区间,b在1.1～1.4区间时所得到的修正Peck预测公式可以较准确预测该区间盾构隧道施工引起的地表沉降。选取其他盾构区间实测数据进行验证,结果表明修正系数范围可用于与研究区间相似的富水地层下;研究不同组段纵向地面沉降数据随着刀盘距离变化,将掘进影响分为缓慢变形阶段、主要变形发展阶段、变形稳定阶段三个阶段,对比分析不同组段在不同阶段地面纵向沉降规律。（3）考虑流固耦合效应,首先以渗流连续性方程、渗流微分方程为基础,推导出区间围岩渗透水压力理论公式;以CⅠ组段为数值模拟研究对象,运用FLAC3D5.0软件模拟真实盾构在富水地层掘进过程,数值模拟得到地面沉降结果与实测数据、Peck拟合曲线变化规律基本一致,说明计算模型建立与参数选取是合理与准确的;对孔隙水压力场进行分析得:隧道掘进开挖区域孔隙水压力越靠近隧道等势面越密集,盾构开挖完成后,管片表面孔隙水压力为0,拱腰处渗流矢量较大,为渗流较强区;对应力场进行分析得:应力场围绕开挖部分形成了漏斗状分布形式,对周围土体应力场影响范围大约为2倍盾构直径,拱腰的位置发生应力集中现象;对塑性区进行分析得:拱顶处发生剪切和拉伸破坏,隧道围岩塑性区主要由剪切变形引起。（4）对富水地层地面沉降控制关键技术进行研究,统计得出盾构穿越不同富水区段主要掘进参数变化趋势及控制范围;盾构在富水地层掘进过程中,遇到砂土等高渗透性土体,应采用水土压力分算的计算方法,区间实际一环出土量应该控制在55.75m3～65.04m3;复合式盾构设置有4个同步注浆管,富水地层下左上、右上同步注浆压力控制在3～3.5bar,左下、右下同步注浆压力控制在1～1.5bar;富水条件下BⅢ组段同步注浆应控制在5.63m3左右,CⅠ组段同步注浆应控制在6.89m3左右,DII组段同步注浆应控制在6.02m3左右。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 孙建
导师: 王旭春
关键词: 富水地层,组段划分,盾构选型,回归分析,修正系数,流固耦合
来源: 青岛理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,铁路运输
单位: 青岛理工大学
基金: 国家重点研发计划“重大自然灾害监测预警与防范”专项:“特大滑坡应急处置与快速治理技术研发”子课题(2018YFC1505302),国家自然科学基金青年基金项目:隧道爆破下既有结构的高阶模态振动效应与损伤特性研究(51708317),山东省重点研发计划(公益类):隧道近距穿越地下管线的爆破振速—应力耦合监测及安全防控关键技术(2019GSF111027),重大工程项目:青岛地铁1号线,4号线,8号线盾构,TBM风险技术咨询项目
分类号: P642.26;U231.3
DOI: 10.27263/d.cnki.gqudc.2019.000222
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