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原文传递盾构隧道近距离上穿施工对既有隧道扰动分析及加固技术研究

论文题名：	盾构隧道近距离上穿施工对既有隧道扰动分析及加固技术研究
关键词：	盾构上穿;既有隧道;两阶段法;数值模拟;室内试验;注浆加固
摘要：	在地铁隧道的建设过程中常常会遇到盾构跨越既有隧道施工的情况，引起运营隧道结构及周围的应力场和位移场发生变化，危害隧道结构安全，因此在盾构隧道上穿过程中如何对工程进行设计和施工的优化，保证既有隧道的运营安全具有重要研究意义。本文以徐州地铁3号线盾构隧道上穿既有1号线隧道的特殊区段工程为依托背景，通过理论解析、数值模拟、室内试验和实测数据分析相结合的研究方法，分析盾构跨越施工对既有隧道的扰动影响规律，开展室内模拟试验，提出注浆加固的合理化控制措施，从而使既有隧道的变形和受力情况得到了明显的改善，有效减少了施工风险。具体研究内容及结论如下：　　（1）通过两阶段法，考虑盾构施工过程中正面附加推力、土体损失、盾壳与土体之间的摩擦力和附加注浆力因素的影响，将既有隧道视为搁置在Pasternak地基模型上的Euler-Bernoulli梁，推导出既有隧道的受力平衡方程，并利用有限差分法进行求解，得到了在新建双线平行隧道开挖施工作用下运营隧道结构纵向变形更为准确的求解方法，并进行了算例验证。所得结果较为符合盾构施工实际。　　（2）利用FLAC3D对盾构施工过程中下卧既有隧道结构的受力、位移变化和地表沉降规律进行了分析，在上穿过程中既有隧道的隆起变形曲线主要经历了三个阶段，既有隧道隆起变形在盾构开挖到达隧道上方边缘至脱离隧道边缘阶段增长较快，左侧变形比右侧稍大。施工结束后，双线隧道的开挖效应在中心处发生叠加，既有隧道的隆起变形超出了安全范围，其水平收敛变形较小且近似呈现“U”型分布，其拱腰处出现了应力集中的现象，拉应力超出了既有隧道管片所使用C50混凝土的抗拉强度设计值，应力变化存在一定的“滞后效应”，地表沉降曲线近似呈单波谷状的“M”型分布。　　（3）分析了四种因素对双液浆性能的影响规律，对凝胶时间影响程度的排序为水灰比＞波美度＞模数＞水玻璃掺量，双液浆凝胶时间随水玻璃模数、水灰比和水泥与水玻璃体积比的增大而增大，随水玻璃波美度的增大先增加后减小。对结石体抗压强度影响程度的排序为水灰比＞水玻璃掺量＞模数＞波美度。结石体抗压强度随水玻璃模数、水灰比、水泥与水玻璃体积比值的增大逐渐减小，随水玻璃波美度的增大先增加后减小，并比选出了最优配比方案。　　（4）采取加固措施后，既有隧道的隆起变形得到了很好的控制，其各项变形和受力都在安全范围内；在一定范围内增大注浆加固体宽度和弹性模量对隆起变形控制效果的提升作用较为明显，加固体粘聚力的变化对隆起变形影响不明显，但能提升其抗剪能力。
作者：	王文龙
专业：	岩土工程
导师：	马金荣;陶祥令
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国矿业大学(江苏)
学位年度：	2022