详情

原文传递富水粉细砂层盾构施工期间地表沉降控制研究

论文题名：	富水粉细砂层盾构施工期间地表沉降控制研究
关键词：	富水粉细砂层;盾构施工;地表沉降;注浆参数;浆液弹性
摘要：	本文以太原轨道交通2号线学府街站~长风街站区间盾构隧道施工为工程背景，针对盾构掘进过程中出现的地层扰动现象，通过理论分析与计算、ABAQUS有限元软件数值分析和现场实测等手段，从开挖面稳定性控制和盾尾空隙充填两方面，研究富水粉细砂层盾构开挖过程中关键施工参数对地表沉降的影响规律与控制对策，主要包括盾构开挖过程中地表沉降特征以及刀盘开口率、土舱压力、注浆比例系数、注浆压力和浆液弹性模量等关键施工参数对地表沉降的影响规律，并提出了关键施工参数的优化控制措施，为太原地铁2号线区间盾构隧道施工提供科学依据，对地铁盾构施工具有指导意义。　　主要研究结论如下：　　（1）依据理论分析、工程经验，将盾构掘进引起的地表变形分为了五个阶段，结合数值分析得出五个阶段产生的地表沉降量分别占总沉降量的9%、18%、24%、33%、16%。其中开挖面稳定控制期间和盾尾间隙存在期间产生的沉降量分别占总沉降量的27%和57%。　　（2）在理论计算和工程实测数据的统计分析的基础上获得土舱压力和刀盘开口率的初步取值范围，结合有限元软件ABAQUS建立三维盾构隧道施工数值模型，针对不同刀盘开口率、不同土舱压力对前方地层应力、位移的影响特征进行分析，得到刀盘开口率控制在50%、土舱压力控制在0.1~0.15MPa范围内时，盾构开挖过程中地表沉降的控制效果最好。　　（3）提出注浆比例系数这一概念，用于量化在数值分析过程中注浆量的变化，研究表明地表沉降随着注浆比例系数的增加而逐渐减小，但注浆量到达一定值时，其对改善地表沉降的作用不再明显；经实测与模拟分析对比显示，均布注浆压力越大，地表沉降越小，当注浆压力大于0.4MPa时，其对进一步减缓地表沉降的作用不再明显；研究发现浆液弹性模量对控制地表沉降的作用不甚明显，由此提出一种低强度浆液配合比优化理念；综上分析表明，当注浆比例系数选择1.7，即单环注浆量选择4.65m3，注浆压力选择0.3~0.4MPa时，能有效控制富水粉细砂层中盾构掘进所引起的地表变形量。　　（4）首次提出采用拟合评价法来客观评价注浆参数对地表沉降的影响因次关系，得出注浆压力、注浆比例系数和浆液弹性模量的影响系数分别为1.525、1.05和0.475，即其对地表沉降的影响依次减小。　　（5）将上述研究成果应用于太原地铁2号线学府街站~长风街站富水粉细砂层土压平衡盾构施工区间，依据地表沉降控制标准，通过实际注浆效果评价，工程应用中盾尾空隙填充率达到90%以上，浆液静置28d凝结体强度大于6MPa、地表和周围建筑物最大沉降量基本全部控制在20mm以内，通过隧道掘进速度、注浆层厚度、浆液凝结体强度、地表和周围建筑物沉降等综合评价，表明该研究结论在工程实践中应用效果良好，参数的选择合理，满足施工质量标准要求。
作者：	王福周
专业：	矿业工程
导师：	苏学贵;张许平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2021