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原文传递富水砂卵石地层盾构施工引起空洞的机理及对策研究

论文题名：	富水砂卵石地层盾构施工引起空洞的机理及对策研究
关键词：	砂卵石地层;地层空洞;掌子面稳定;空洞应力拱;施工技术
摘要：	近年来，随着国家对基础建设的大力投入，全国各大型城市纷纷掀起的“地铁热”，而随着地铁越来越多的投入运营使用，地铁本身所存在的问题也越来越引起大众的重视。在地铁施工中，由于盾构机设备开挖作业方式不对、背后注浆压力不够等原因极易在衬砌背后留下空洞。空洞使衬砌受到不均匀的载荷，不能产生充分的地层反力，使原本主要承受压力的衬砌管片承受弯矩，从而大大影响衬砌结构的承载能力及结构本身的耐久性。这些空洞的存在往往使裂缝产生甚至失稳，这对地铁这种客流量大的载体产生很大的威胁。　　成都地铁1号及2号线盾构区间的修建过程中及修建完成后，在地表曾经发生多起地面空洞，其中一部分是由于地层本身存在溶洞等薄弱区域，另一方面是由于盾构开挖造成的土体损失引发的土体空洞效应。地铁施工本身所具有的优势如便捷、快速、经济等已经被其建成后的地面塌陷、房屋开裂等“空洞后遗症”所抵消。如何对盾构施工后留下的空洞进行有效判断，并可靠地进行处理，已经是摆在相关专业人士面前的急切问题了。目前，对岩溶空洞和煤矿采空区等引发空洞的研究文献较多，研究内容也比较深入;而针对盾构施工导致的随机地层空洞的研究较少，对地层空洞产生的机理的认识和研究尚属起步阶段，研究深度仍停留在经验类比和语言描述水平。本文主要以成都地铁2号线为背景，针对砂卵石地层特性，对盾构施工诱发的地层空洞的形成及演变机理进行研究，并寻找能够解决地层空洞的对策，论文主要完成了以下几方面的工作: 　　 1.通过地铁1、2号线的施工实践以及相关的地勘报告，得出了成都地区富水砂卵石的主要土体特性，并从砂卵石地层的土层特性出发，结合地铁施工实际，对盾构施工诱发滞后地层空洞的机理进行研究，得出了盾构开挖引起地层空洞的主要原因。　　 2.通过文献得出了在不同地质条件下空洞形成后的受力机理，并在此基础上进行数学推导，得出了盾构在砂卵石地层中的临界埋深。　　 3.采用离散元软件对砂卵石条件下不同尺寸、不同埋深的地层空洞的演化变形规律进行了系统分析，得出了空洞的演化变形规律。　　 4.提出了地层空洞“预防为主，治理为辅”的处理原则，在分析盾构开挖过程的基础上提出了在盾构开挖前、开挖过程中、开挖后的预防控制措施。　　 5.分析了目前几种空洞治理措施的不足，找出了地层空洞“久治不愈”的部分原因，并针对治理措施的不足提出了改良后的治理措施。　　 6.通过对地铁2号线某盾构区间监测数据的分析，提出的Peck公式在成都砂卵石地层的适用性条件，通过反分析拟合得出成都地铁砂卵石地层的沉降参数分布，并提出一种地层损失量的计算方法。　　 7.通过对目前地层空洞安全性判定方式的不足进行分析，提出了一种基于砂卵石地层空洞受力计算的地层空洞安全性判定法。
作者：	冯剑
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	溱泰岳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文