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原文传递穿越岩溶区域地铁盾构隧道管片安全性及治理措施研究

论文题名：	穿越岩溶区域地铁盾构隧道管片安全性及治理措施研究
关键词：	盾构隧道;岩溶地层;管片安全性;注浆治理;数值模拟
摘要：	随着我国经济和社会的不断发展，对于基础设施建设的需求也在不断增加，盾构隧道在城市建设中得到了广泛应用。然而，岩溶复杂地质条件给盾构隧道的建设带来了巨大的挑战。因此，开展穿越岩溶地层盾构隧道管片安全性分析以及岩溶地区治理措施的研究具有非常重要的意义。　　本文结合深圳地铁16号线岩溶分布特征，依托典型盾构区间，基于现场工程监测与分析，采用数值计算方法，建立了盾构隧道穿越岩溶地区的数值模拟模型，研究了中心溶洞尺寸大小、溶洞与隧道距离、溶洞和隧道相对位置对盾构管片变形影响，采用椭圆离心率分析方法，研究了盾构隧道穿越岩溶地区引起管片变形特征;利用BP神经网络模型对穿越岩溶地层盾构隧道的管片变形进行了预测，验证了所建立的BP神经网络模型的可行性和有效性;采用数值计算方法，探究了岩溶注浆加固随着溶洞位置、岩溶大小、岩溶与隧道间距、岩溶地层力学参数特性的变化对盾构管片变形、围岩塑性区、盾构管片应力的影响，分析了注浆施工工艺和注浆材料的选择，进行了水泥浆和水泥砂浆、注浆填充程度的差异性分析;通过实际工程案例对注浆治理效果进行了研究和评价。主要研究结论有: 　　(1)当盾构隧道从上方和下方穿越岩溶地区时，中心溶洞对盾构隧道在一定程度上有土拱作用，中心溶洞直径越大，土拱作用越强，盾构管片变形后的椭圆的离心率越小,椭圆的形状越趋向于圆;溶洞与隧道距离越大，土拱作用越弱，盾构管片变形后的椭圆的离心率越大，椭圆形状越扁。当盾构隧道从侧方、斜向上45度和斜向下45度穿越岩溶地区时，中心溶洞会加大隧道的变形，中心溶洞直径越大，盾构隧道管片变形越大，盾构管片变形后的椭圆的离心率也越大，椭圆形状越扁;溶洞与隧道距离越大，盾构隧道管片变形越小，盾构管片变形后的椭圆的离心率越小，椭圆的形状越趋向于圆。　　(2)岩溶的注浆加固可以减小围岩的沉降，改善穿越底部溶洞时盾构隧道管片拱底的隆起量，降低穿越顶部溶洞和侧部溶洞时盾构隧道管片拱顶的沉降，尤其是大幅度降低穿越侧部溶洞时盾构隧道管片的水平位移。相对注浆加固前，溶洞注浆加固后围岩塑性区的分布范围缩小，对于盾构隧道穿越侧部溶洞的塑性区改善效果尤其显著。不同岩溶大小，不同溶隧间距，不同岩溶地层力学参数下，注浆加固后除穿越顶部溶洞盾构隧道管片的最大主应力略有增加外，其他穿越岩溶地层盾构隧道管片的最大主应力和竖向剪应力均减小。　　(3)在岩溶注浆材料和注浆填充程度差异性分析中，注水泥砂浆相比注水泥浆管片拱顶的沉降更小;且注浆填充程度越大，拱顶位移越小，管片的拱底竖向位移越大，表现为隆起量越大，间接的反应盾构机在施工中栽头的可能性降低。综合运用注浆记录分析、钻孔取芯与物探分析，对岩溶注浆前后的检测结果进行了对比研究，结果表明工程填充效果良好，满足盾构隧道安全施工要求。
作者：	邢志豪
专业：	结构工程
导师：	武科
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023