盾构隧道同步注浆压力分布模式及地层变位研究

发布时间：2017-10-16 13:19

  本文关键词：盾构隧道同步注浆压力分布模式及地层变位研究

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【摘要】：随着我国城市建设的快速发展,地铁建设已成为我国21世纪城市地下空间开发的重要组成部分。盾构法以其自身的优势被广泛的应用于地铁建设中,但是在盾构法掘进过程中将不可避免的造成周围土体产生扰动以及引起地层变位,而盾尾同步注浆对于控制土层扰动以及地层变形非常奏效。因此本文针对盾构隧道同步注浆压力分布模式以及其引起的地层变位展开研究。为了研究同步注浆压力分布模式,本文针对符合牛顿流体和宾汉姆流体两种浆液分别进行理论推导,并推导出浆液在盾尾横断面环向压力分布的理论计算公式;并分析了浆液黏滞系数和浆液压力以及时间的关系,建立浆液压力消散随时间变化的规律,进而得出浆液沿隧道纵向压力分布规律,并通过现场监测佐证了以上理论推导的合理性;还重点分析土体在服从Mohr-Coulomb屈服准则条件下均匀注浆压力与土体塑性区半径之间的关系。通过上述研究建立的注浆压力分布模式,利用Midas/GTS大型有限元软件,结合深圳地铁车-农与车-香盾构区间盾构开挖工程,重点考虑了注浆压力的环向的分布模式以及纵向压力消散模式,对盾构隧道开挖施工全过程进行三维仿真模拟,系统分析盾构掘进过程中注浆压力分布模式、同步注浆时间、等代层厚度以及掌子面推力对地层变位的影响规律。分析发现:注浆压力分布不均匀程度越大,对地表沉降影响越显著,并与隧道顶部土层沉降正相关,而与底部土层隆起量负相关;注浆不及时将导致地表沉降大幅增加,相较及时注浆沉降增幅达到26.7%;等代层厚度和掌子面压力在一定范围内的增大可显著控制地表变形,且盾构掘进对纵向地表沉降的影响范围大约为刀盘切口前20-30m,以及盾构机刀盘切口后25-40m。本文结尾通过静力分析探讨不同压力分布情况对管片内力和变形力学效应影响,并分析得出注浆压力分布形式对管片轴力、剪力影响较大,而对于管片变形、弯矩影响相对较小。综上所述,本文研究成果对实际工程盾构隧道同步注浆具有重要指导和参考意义。
【关键词】：盾构隧道 同步注浆 压力分布 地层变位
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 本课题研究背景及意义9-11
• 1.2 盾构同步注浆研究现状11-18
• 1.2.1 同步注浆效果及压力分布研究11-15
• 1.2.2 同步注浆压力与周围土体及管片作用机理研究15-16
• 1.2.3 同步注浆压力对地层变形影响研究16-18
• 1.3 本文主要研究内容和研究方案18-20
• 1.3.1 研究内容18-19
• 1.3.2 研究方法及技术路线19-20
• 第2章 注浆压力分布理论推导20-36
• 2.1 盾尾空隙浆液填充机理研究20-21
• 2.2 基本假设21
• 2.3 注浆浆液流型属于牛顿流体21-27
• 2.3.1 右上π/4 注浆孔浆液向上注浆22-24
• 2.3.2 右上π/4 注浆孔浆液向下注浆24-25
• 2.3.3 右下3π/ 4 注浆孔浆液向上注浆25-26
• 2.3.4 右下3π/ 4 注浆孔浆液向下注浆26-27
• 2.4 注浆浆液流型属于宾汉姆流体27-32
• 2.4.1 右上π/ 4注浆孔浆液向上注浆27-29
• 2.4.2 右上π/ 4注浆孔浆液向下注浆29-30
• 2.4.3 右下3π/ 4 注浆孔浆液向上注浆30
• 2.4.4 右下3π/ 4 注浆孔浆液向下注浆30-32
• 2.5 注浆压力与黏滞系数的时效性关系32-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第3章 浆液压力大小与塑性区半径解法基本理论研究36-50
• 3.1 基本理论36-37
• 3.2 盾构隧道圆形截面弹性区极坐标解答37-39
• 3.3 盾构隧道圆形截面塑性区极坐标解答39-44
• 3.3.1 土体塑性区39
• 3.3.2 屈服准则39-44
• 3.4 盾构隧道周围土体在浆液压力作用下弹塑性理论解44-49
• 3.4.1 基本假设44
• 3.4.2 弹性阶段理论解44-46
• 3.4.3 弹塑性阶段理论解46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 深圳地铁盾构隧道模型计算分析50-69
• 4.1 工程背景50-51
• 4.2 Midas/GTS介绍51-52
• 4.3 数值模型建立52-55
• 4.3.1 盾构隧道施工参数52-53
• 4.3.2 盾构掘进施工动态53
• 4.3.3 盾构模型假定53-54
• 4.3.4 盾构模型建立54-55
• 4.4 模拟结果分析55-67
• 4.4.1 注浆压力分布模式对地表沉降的影响55-57
• 4.4.2 注浆压力分布模式对地层沉降的影响57-59
• 4.4.3 注浆及时与滞后对地表沉降的影响59-60
• 4.4.4 浆液等代层厚度对地表沉降的影响60-61
• 4.4.5 掌子面压力对纵向地表沉降的影响61-62
• 4.4.6 注浆压力对管片内力及变形的影响62-67
• 4.5 本章小结67-69
• 第5章 深圳地铁隧道盾构监测69-83
• 5.1 监测项目及方案69-72
• 5.1.1 隧道管片力学性能监测69-70
• 5.1.2 隧道至地表岩土体监测70-72
• 5.2 监测结果分析72-81
• 5.2.1 管片壁后土压力结果分析72-74
• 5.2.2 盾构管片内外侧应变结果分析74-76
• 5.2.3 隧道至地表土体监测数据分析76-80
• 5.2.4 地表沉降监测数据分析80-81
• 5.3 本章小结81-83
• 第6章 总结与展望83-86
• 6.1 总结83-84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士期间研究成果92

【参考文献】

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本文编号：1042892