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盾构隧道壁后注浆探测图像识别及沉降控制研究

杜军  
【摘要】:采用盾构法在软土层中建造隧道,会引起地层移动而导致不同程度的地面和隧道沉降。盾尾空隙压浆不及时,压浆量不足,压浆压力不适当,使得盾尾处周边土体向盾尾空隙移动是引起地层损失的主要原因,因此如何在注浆施工期间及时准确的了解注浆分布就变得尤为关键了。论文以此为背景,提出利用探地雷达对盾构隧道壁后注浆进行无损探测,并且开展了一系列室内测定和现场试验、完成了探地雷达电磁波在壁后介质中传播的模拟及注浆分布对隧道、地表沉降影响的有限元分析。主要研究内容及取得的成果如下: 利用同轴探头法和网络分析仪对隧道壁后可能填充的注浆材料进行介电常数测定,得到了注浆材料在不同探测频率下、不同含水量和不同龄期时的介电常数值。在探地雷达探测常用的探测频率(100MHz~1GHz)内,浆液材料介电常数对探测频率具有明显的频散特性,两者符合指数关系。 通过室内注浆分布模拟试验,从注浆材料分布形态的差异,不同的探测时间以及可能存在的盾尾空隙等几个主要方面进行分析,总结出不同注浆形态在探地雷达时程剖面图中的成像规则。在数据处理上,利用二阶DB小波多尺度分析抑制噪声,准确的得到目标体的反射特征图像。 在上述注浆模拟试验的基础上,结合基于时域有限差分法原理的GPR数据二维正演方法对隧道壁后注浆体的分布形态进行准确的识别。 根据探地雷达电磁波在介质中传播的特性不同,即介质界面反射在浆液层发生极性翻转的特点,以此作为注浆层目标识别的依据,编写了基于MATLAB的小波神经网络的探地雷达对隧道壁后注浆层自动识别程序,并在多个隧道工程探测结果中进行应用,均得到了较好的效果。 以上海地铁盾构区间隧道为研究对象,通过三维有限元程序(MARC)对隧道壁后的注浆施工对隧道和地表沉降变形的影响进行了研究。着重分析了施工过程中注浆压力对隧道结构和地层变形的影响;注浆量与地层损失量之间的关系;注浆材料在凝固期间,弹性模量改变对隧道沉降变形的影响;并且对注浆层在纵向上分布出现的超注浆和欠注浆分别进行三维有限元计算。此外,以上海市轨道交通9号线盾构隧道工程为背景,通过现场实测、有限元数值模拟分析比较了注浆分布状态引起的地表沉降曲线,研究表明沉降结果基本吻合,注浆分


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