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注浆压力对既有盾构隧道结构的影响机制研究
| 论文题名： | 注浆压力对既有盾构隧道结构的影响机制研究 |
| 关键词： | 既有盾构隧道;结构力学;注浆压力 |
| 摘要： | 地铁作为重要的城市轨道交通形式在极大方便人们出行的同时，其自身的安全性和稳定性不容被忽视，特别是处于地下水系比较发达的地铁隧道，富水围岩会对其安全造成潜在的威胁，容易造成地铁隧道渗漏水、涌水甚至突涌水事故。目前解决此类问题一般采用注浆方式来降低隧道衬砌附近岩土体的渗透性，阻隔地下水与隧道洞室的过水通道，此时注浆压力的控制至关重要:注浆压力过大会损伤隧道结构甚至造成安全事故,压力过小又会使浆液不能有效充填空隙，达不到应有的阻水作用。本文以济南地铁2号线腊山站地面注浆工程为依托，通过理论研究、实验室试验、数值分析和现场试验及应用相结合的方法，研究了注浆压力传递影响因素及对既有隧道结构的作用机制。主要研究内容和成果如下: (1)针对隧道周围土体应力状态，建立注浆压力作用下的隧道受力概化模型，基于宾汉姆流体的黏度时变性特点及扩散路径的迂曲度理论，推导了浆液渗透扩散力学模型压力沿程分布公式，研究获得了注浆压力作用下的管片荷载计算方法，并根据工程案例分析黏度时变性与扩散迂曲度对渗流效果的影响。 (2)以砂层注浆加固隧道为研究对象，自主研发了盾构隧道模型试验系统，开展了注浆压力作用下盾构隧道力学响应模型试验，研究在不同注浆压力作用下盾构隧道的应力、应变及位移响应情况，通过分析隧道模型的力学响应监测数据，得到了注浆压力对既有盾构隧道结构的影响规律。 (3)基于固体力学相关方程与达西定律物理场，通过有限元软件COMSOL Multiphysics实现了隧道环境下的浆液在砂层渗流扩散过程的模拟，还原注浆压力传导对隧道壁的应变、位移影响过程，得到注浆压力对既有盾构隧道管片的力学响应规律,通过与模型试验相互验证，证明了其合理性和准确性。 (4)依托济南地铁2号线腊山站地面注浆工程，开展了现场工程试验研究，根据相关理论试验研究确定注浆压力范围，实现理论研究深化应用于实际工程项目，通过对现场洞内实时监测，分析实际施工过程中注浆压力、注浆距离、注浆时间与注浆次数等参数影响下隧道应力、应变与位移的变化规律，进而对注浆方案进行信息化优化调整。 (5)上述研究内容成功应用于济南地铁2号线腊山站后续地面注浆工程中，在治理过程中科学合理控制了注浆压力，经过检测既达到了良好的注浆效果、保证了隧道及周围土体稳定，又在安全无水状态下恢复了隧道洞内的泵房和水仓，为地铁2号线腊山段长期安全运营提供有力保障，对类似工程具有重要的指导和借鉴意义。 |
| 作者： | 夏茂哲 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 李海燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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