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盾构隧道开挖及补偿注浆对周围土体扰动及地表沉降规律影响研究

张扶正  
【摘要】:盾构法作为目前地铁隧道施工中最为主要的方法,是本文的主要研究对象。本文主要探究盾构隧道开挖及补偿注浆对土体应力变化和地表沉降的影响规律,自行设计了一套砂土模型试验平台,可以有效地模拟盾构隧道开挖和补偿注浆的过程,结合数值模拟方法,研究地表沉降和抬升的一般规律、埋深这一要素的影响、开挖和注浆阶段土体的内力变化,关注其中的重点影响因素并进行规律的总结。试验表明盾构隧道开挖引起的地表沉降可以用peck公式有效预测,且沉降最大值与土体损失率呈线性关系。正常补偿率下的补偿注浆对于地表的抬升效果相对有限,一般需要超体积补偿注浆,超体积补偿注浆引起的地表最大抬升值与补偿注浆率基本呈线性关系。埋深对于地表沉降范围和沉降值具有显著影响,埋深越浅地表抬升效果越明显,埋深越深地表抬升范围越大。随着埋深增大,不同工况地表抬升范围持续增加,但随着补偿注浆率的提升,埋深导致的地表抬升范围差异在减小。隧道开挖过程中,隧道周围土体按照应力变化情况分为正拱区、卸荷区、塑性区,其中塑性区随土体损失率升高逐渐向上开展。在补偿注浆过程中,土体按应力变化情况分为抬升挤压区和正拱补偿区,随补偿注浆抬升挤压区和正拱抵消区逐渐向上扩展到地表。采用二维有限元软件应用小应变土体硬化本构模型(HSS)进行数值模拟,模拟结果与实验规律对应良好,进一步验证了模型试验揭示的隧道开挖和补偿注浆对土体的扰动机理。


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