盾构隧道管片病害安全评估及背后空洞注浆影响规律研究

发布时间：2019-11-19 00:17

【摘要】：管片作为盾构隧道的主要受力构件，在施工和运营过程中承担着盾构机的顶推力、围岩压力、注浆压力和地下水压力等，是隧道防水、防火和耐久性等综合性能的保证。受施工工艺、运营荷载及所处运营环境的影响，管片可能出现空洞、裂缝、破损、错台、上浮等病害。为保证隧道的安全性，总结空洞及注浆对隧道结构的影响规律，本文通过理论推导、数值分析和现场监测等方法，对病害管片的安全性进行验算，并建立地层—结构模型，分别对管片背后空洞及壁后注浆的四种不同工况进行分析，结合工程实例，得出如下结论： 1对隧道的力学状态进行模拟，得出结构的轴力、弯矩等参数，并编写安全系数计算程序，计算管片各截面安全系数，根据安全系数、承载能力和裂缝宽度评判结构的安全性。而后采用solid65单元对管片裂缝的开展规律进行了研究，研究表明：当荷载大小处于2.5倍设计荷载和4倍设计荷载之间时，裂缝数量与荷载的关系接近S曲线。 2对不同工况的空洞进行模拟，分析空洞对隧道结构的影响，得出：对于相同尺寸不同位置的空洞，当其位于隧道中部附近时，对结构的力学状态影响最大；对于相同位置不同尺寸的空洞，当空洞尺寸大于0.5*0.5m时，安全系数低于规范要求，且此后安全系数降低较快，当空洞大于1.5*1.5m时，结构破坏。 3基于修正的达西定律推导了粘性土中浆液的半球面扩散公式，结合数值模拟，得出：对于相同压力不同部位的注浆，管片顶部与底部的注浆对管片力学形态影响较大；对于相同位置不同压力的注浆，随着注浆压力的减小，轴力、弯矩和管片上浮位移量均减小，当注浆压力为0.3MPa时，管片的轴力、弯矩与设计工况相当，仅控制截面发生小角度的旋转。 4通过现场监测成果与模拟结果的对比分析得出：地表位移的模拟结果与工程实际相差较大，而管片位移与模拟结果一致，仅量值存在较小差异。而后改变模拟方法，获得较好效果。
【图文】：

四点,管片

[12]。③起吊工艺。不适当的起吊方法会引起早期强度偏低的管片开裂。图2.1、2.2所示为某管片厂采用的管片起吊方式。以上两种起吊方式都会在起吊点处产生应力集中，单点起吊应力集中尤为严重。用真空吸盘进行水平起吊，用帆布带进行竖直起吊，可在一定程度上降低应力集中。图2.1 四点起吊图2.2 单点起吊（3）配筋和构造设计针对螺栓孔和吊装孔工厂吊装过程中的应力集中，还可以在构造上采取措施予以加强，对手孔和螺栓孔就进行多道设防。2、施工过程的影响管片的裂缝和破损主要是受力过大或受力不均造成的。盾构隧道施工过程中，，管片承受着千斤顶顶力、衬砌背后的浆液压力等多种外力的综合作用，管片受力较为复杂。通过现场观察了解，结合工程经验，认为造成管片开裂的主要原因可能有如下几种。（1）盾构机千斤顶总推力较大作用于管片上的力是造成管片开裂的最基本因素

构造设计,单点,配筋,管片开裂

点起吊应力集中尤为严重。用真空吸盘进行水平起吊，用帆布带进行竖直起吊，可在一定程度上降低应力集中。图2.1 四点起吊图2.2 单点起吊（3）配筋和构造设计针对螺栓孔和吊装孔工厂吊装过程中的应力集中，还可以在构造上采取措施予以加强，对手孔和螺栓孔就进行多道设防。2、施工过程的影响管片的裂缝和破损主要是受力过大或受力不均造成的。盾构隧道施工过程中，管片承受着千斤顶顶力、衬砌背后的浆液压力等多种外力的综合作用，管片受力较为复杂。通过现场观察了解，结合工程经验，认为造成管片开裂的主要原因可能有如下几种。（1）盾构机千斤顶总推力较大作用于管片上的力是造成管片开裂的最基本因素，其中盾构推进过程中总推力过大是致使管片开裂的最直接原因[51]。盾构机在砂层或粘土层中施工时，土体进人土仓后，易积压形成“泥饼”
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U455.43

【参考文献】