盾構掘進載荷特性及管片施工期上浮規(guī)律研究.pdf

1、隨著城市化進程的加快，盾構隧道在我國需求越來越大。盾構法因其獨有的特點，在隧道施工過程中還存在掘進載荷難以確定、圍巖特征難以明確、管片施工期上浮頻繁等問題。因此，開展盾構隧道掘進載荷特性及管片施工期上浮規(guī)律研究十分必要。
　　本文采用多種研究手段，對盾構隧道掘進載荷特性及管片施工期上浮規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究。主要工作有:
　　1)基于盾構施工過程中盾構與圍巖的相互作用規(guī)律，研究了盾構正常掘進時千斤頂推力和刀盤扭矩的計算方法，提

2、出了能全面反映地質參數(shù)、操作參數(shù)、刀盤結構等重要參數(shù)影響的總推力和刀盤扭矩計算修正公式，并以深圳地鐵二號線東延段某區(qū)間施工參數(shù)為基礎，對其在復雜地質條件下的適用性進行了驗證。
　　2)結合深圳地鐵二號線東延段某區(qū)間隧道盾構掘進實踐，對盾構掘進參數(shù)與開挖面土體的軟硬程度、刀盤刀具與圍巖的摩擦效應之間的關系進行了分析。定義推力因子為盾構掘進總推力與貫入度的比值，以此來表征圍巖的軟硬程度;定義扭矩因子為刀盤扭矩與總推力與刀盤直徑的積的比

3、值，用以表征圍巖與刀盤的摩擦作用。在此基礎上，提出了基于土壓平衡盾構掘進參數(shù)開挖面土體分類方法。
　　3)根據(jù)施工階段管片的受荷特點，基于荷載結構模型，建立了包含管片與螺栓、盾構機作用、漿液和水土壓力作用的管片施工期上浮三維分析模型，并采用ABAQUS軟件建立了三維有限元計算模型。對管片施工期上浮變形及其引起的管片環(huán)接頭變形進行了分析，并探討了漿液初凝點位置、千斤頂總推力和螺栓預緊力等因素對管片上浮量的影響規(guī)律:減小漿液初凝點與盾

4、尾的距離對控制管片上浮最為有效;當千斤頂總推力較小時，可以通過增加千斤頂總推力來進行上浮控制;增加螺栓預緊力對管片上浮量的減小比較有限。
　　4)通過數(shù)值模擬對管片上浮引起的環(huán)接頭變形模式進行了研究，獲得了管片不同位置的上浮規(guī)律。管片施工期上浮變形可以分為線性發(fā)展段、圓弧發(fā)展段、變形穩(wěn)定段，其中線性發(fā)展段管片環(huán)接頭以錯臺變形為主，圓弧過渡段以張開變形為主。在此基礎上，研究了與管片環(huán)接頭容許錯臺量和容許張開角相關的管片施工期容許上浮