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原文传递济南地铁2号线复杂工程地质段施工关键技术研究

论文题名：	济南地铁2号线复杂工程地质段施工关键技术研究
关键词：	盾构施工;有限元模拟;上软下硬地层;溶洞发育;泉脉保护
摘要：	随着城镇化进度的不断加快，城市路面交通网拥堵问题日益显著，我国各大城市都在有条不紊的进行地铁建设。济南市作为山东省政治中心，人口密集、私家车数量众多，导致交通出行效率降低，因此，进行地铁工程建设已经迫在眉睫。而济南市地质条件较为复杂，地层软硬不均、岩溶裂隙发育以及地下水位高等问题显著，造成施工难度增加、安全降低。本文以济南地铁2号线为工程背景，通过走访调查、数值模拟、现场试验等方法，主要对以下三种复杂工程地质段进行工程技术研究：一、穿越上软下硬地层，重点研究盾构开挖掌子面顶推力控制技术；二、穿越溶洞密集区，重点研究盾构掘进过程中溶洞对隧道围岩稳定性的影响；三、穿越泉脉发育区，研究车站基坑开挖过程中，如何合理实施降水回灌技术及区间盾构密封技术。主要成果如下：　　（1）选取里程CK17+120~CK18+230段进行地铁穿越上软下硬地层研究，通过调查、收集、整合地层信息，建立三维数值模拟模型。结果表明：由软入硬地层，地表沉降分别增大4.2%、8.7%、11.7%、16.7%。分析认为：由于掌子面上部顶推力减小，使得对软岩的约束力减小，导致土层位移过大，地表沉降不断增大；由硬入软地层，地表沉降分别减小1.26%、1.74%、2.28%、2.90%，分析认为：在由硬入软的过程中，掌子面下部的顶推力不断增大，同时软岩比例越来越大，导致掌子面下部的顶推力对软弱围岩的约束力逐渐增大，地表沉降逐渐较小。　　（2）通过模拟分析，为盾构在上软下硬地层施工过程中对掌子面顶推力提供技术指导。当由软入硬地层时，要适当减小掌子面下部分顶推力，增大掌子面上部分顶推力，有利于控制地表的沉降；当由硬入软地层时，要适当减小掌子面上部分顶推力，增大掌子面下部分顶推力，有利于控制地表的沉降。　　（3）选取里程CK18+850~CK19+390段进行盾构穿越溶洞密集区研究，结果表明溶洞存在对隧道开挖围岩塑性区有增大趋势。借助有限元模拟溶洞对隧道开挖的影响范围，在溶隧距离为3m时，溶隧之间塑性应力云图没有发生贯穿，认为溶洞在该距离下是安全的，确定溶洞处理范围为d=3m。采用水泥-水玻璃（CS）浆液进行注浆，针对注浆材料最佳配比，开展溶洞注浆试验研究，确定注浆材料的水灰比为1.0∶1，水玻璃浓度为30°Be''，进行注浆效果验证，达到预期效果。　　（4）以凤凰路地铁站为工程背景，开展基坑降水回灌技术试验研究，通过现场抽水试验，确定本区域水文地质参数，即k=83.56m/d、Q=3630.4m3/d；探究了基坑内外水力联系，止水帷幕效果显著；优化了抽水、回灌方案，对稳定地下水位，保护泉脉稳定具有重要作用；对盾构进行了密封处理，降低发生涌水风险。
作者：	焦振宇
专业：	建筑与土木工程
导师：	刘新龙;符敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2022