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原文传递岩溶地区地铁隧道盾构掘进安全控制技术研究

论文题名：	岩溶地区地铁隧道盾构掘进安全控制技术研究
关键词：	地铁隧道;盾构选型;掘进参数;岩溶处治;地面沉降;施工监测
摘要：	在岩溶地区修建地铁会遇到诸多技术难题。在地铁盾构隧道建设中，如果岩溶处治不当，容易造成盾构机“栽头”、“陷落”、隧道突水、突泥、地面沉降、坍塌等事故，影响隧道的正常建设，严重时甚至出现伤亡事故。盾构隧道施工成败很大程度取决于地质条件和盾构设备两个因素，既相辅相成又互相制约，尤其是岩溶地区的盾构隧道施工，对两个因素的要求更为严格。在岩溶给地铁隧道建设带来困扰的同时，反过来，隧道建设也会对周边环境产生影响，导致新的岩溶问题。因此，本文以南宁市轨道交通2号线岩溶区段的工程建设为依托，通过理论分析、数值模拟、现场试验等研究方法，开展岩溶地区地铁隧道盾构掘进安全控制技术研究，主要的研究内容和成果如下: 　　(1)运用数值模拟的方法，以溶洞与隧道的相对位置、溶洞大小等参数为主要变量，分析了溶洞位于隧道顶部、底部及正侧部时盾构隧道施工时围岩、管片的应力应变以及地表沉降的变化规律。并总结出三种工况下隧道周边岩溶处治范围不应小于外扩0.5倍盾构隧道洞径。　　(2)根据南宁市轨道交通2号线岩溶区段施工经验及数值模拟结果，总结出以地面和盾构机预处理为主、洞内预留措施为辅，先地面处理后掘进岩溶的处治原则;其处治范围是:隧道底部地层为灰岩时隧道结构外扩2m范围内，为粘土或者粉质粘土时外扩3m范围内，底部下放5m范围内的溶（土）洞应处治，且处治范围不应小于外扩0.5倍盾构隧道洞径。　　(3)针对不同形态溶洞提出了相应的处治技术，通过现场试验芯样的抗压强度、注浆段标贯击数平均值及渗透系数等方面对处治效果进行了检测，检测结果表明处治后的岩土体均能满足设计要求。　　(4)在盾构施工中地质条件是基础，盾构设备是关键。为保证盾构隧道掘进能够顺利通过岩溶地区的复杂地质情况，选用土压平衡式盾构机，并对关键部位进行优化设计。优化结果如下:1）刀盘的基本结构为辐条面板式，4个主梁＋4个副梁，开口率为40％;2）针对灰岩类地层，应加强刀盘强度和耐磨性，并提供与之匹配的驱动功率;3）针对泥饼问题，分别采用在刀盘设计6个改良剂注入口、配置加强型刮刀并增大间距、设置土仓搅拌系统等措施来防止形成泥饼;4)针对复杂地层容易产生喷涌问题，螺旋输送机设计须为防喷涌形式，并采用9.5°的小倾角皮带机，增强输送稀渣的能力;5）在盾尾顶部增设2个注浆口，同步优化注浆设计;6）在掌子面不稳定及涌水地层，对盾构机开挖面前方进行超前地质加固。　　(5)结合岩溶地区盾构施工引起的地表沉降数据，采用灰色关联分析方法对盾构参数进行敏感性分析，并对其影响程度大小进行排序。分析认为敏感性由大到小排序为:刀盘扭矩、盾构总推力、注浆压力、掘进速度、注浆量、土仓压力。这为以后此类地区盾构参数的合理设定以及盾构隧道地表沉降控制措施的制定提供了理论依据。　　(6)结合岩溶地区盾构隧道施工过程的现场实际情况，通过掘进参数和监测数据的分析，综合考虑经济、技术和社会效益，针对地铁盾构隧道穿越岩溶地区的黏土（粉质黏土）层、强风化硅质岩层和碎石土层、以及中风化灰岩层，分别提出了相应的盾构参数控制标准和措施，对今后类似工程提供参考依据。
作者：	李结全
专业：	结构工程
导师：	欧孝夺
授予学位：	博士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文