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原文传递盾构同步注浆管片受力特性及地表变形研究

论文题名：	盾构同步注浆管片受力特性及地表变形研究
关键词：	盾构;同步注浆;注浆材料;地表沉降
摘要：	国家“十四五”规划提出“加快建设交通强国，有序推进城市轨道交通发展”的发展要求，地铁作为城市轨道交通的重要制式，是城市交通重大基础设施工程的生命线工程。截止到2021年12月，中国内地共有48个城市开通地铁运营线路，运营总里程7253.73公里，预计到2026年我国城市轨道交通运营里程将达到1.37万公里。地铁隧道不可避免穿越富水地层，受侵蚀环境、极端条件、灾害、碰撞等因素作用，以及拼装控制精度和同步注浆质量的影响，作为盾构隧道屏障的管片结构常出现结构开裂、错台、破损等问题，且会引起周围地层变形，严重的会造成地表塌陷和建筑物倾覆，严重危害工程安全和人民生命财产安全。　　本文依托济南轨道交通2号线工程，通过室内实验和数值模拟研究方法，围绕盾构同步注浆施工管片结构受力和地表沉降控制问题，研究同步注浆浆液最优配比，揭示同步注浆管片受力特性及地表变形规律，结合现场地表沉降监测数据提出控制地表沉降的控制措施。主要研究工作和成果如下：　　(1)开展了同步注浆浆液配比室内实验研究，分别分析了水灰比、粉煤灰含量、渣土比、生石灰含量和膨胀剂含量对浆液稠度、结石率、泌水率、凝结时间、流动度和抗压强度的影响规律，揭示了单因素对同步注浆材料强度影响规律，提出了同步注浆浆液最优配比，28d抗压强度为2.12MPa，符合施工要求。　　(2)以济南地铁二号线凤-彭区间为原型，采用ABAQUS仿真软件，构建了盾构隧道掘进全过程数值仿真模型，考虑同步注浆浆液参数和注浆参数，开展了盾构掘进地表沉降和管片受力分析，得到了如下结论：盾构施工对地层产生剪力破坏，在开挖面出现应力集中现象，盾构施工对地表横向沉降的影响为距隧道轴线20m(3D)范围内；随着土层深度的增加，横向沉降槽宽度系数逐渐减小，沉降槽宽度变小；随着盾构的推进，顶部管片下沉，底部管片上浮，左右侧管片产生远离隧道轴线的位移，横向最大地表沉降呈减速增大的趋势；轴向地表沉降则呈“S”形，轴向最大地表沉降量随盾构的推进呈减速增大的趋势。　　(3)为进一步研究同步注浆施工对管片受力和地表沉降的影响，分别分析了注浆压力以及注浆材料的弹性模量、泊松比三种因素的影响规律，结果表明：注浆压力、注浆材料弹性模量及泊松比的调整对地表横向、轴向沉陷及管片位移的整体变化规律影响较小；横向地表沉降为对称“凹槽”状，轴向地表沿推进方向的沉降差异较小；注浆参数的增大均能有效控制横向、轴向地表沉降及顶部管片的下沉；而底部管片上浮及右侧管片位移均随注浆参数的增大而增大；注浆压力宜在0.45-0.55MPa之间，注浆材料的弹性模量应在300-400MPa之间，泊松比不应大于0.3。　　(4)将地表沉降现场监测数据与数值计算结果进行了对比，发现两者比较吻合，验证了数值计算的准确性，提出了地表沉降的控制措施。
作者：	郭振峰
专业：	交通运输工程
导师：	宋曙光;门燕青
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2022