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砂土中盾构穿越管线变形受力机制及风险控制研究

刘大永  
【摘要】:鉴于砂土地层具有较大的流动性和离散性,有必要针对砂土地层中盾构施工对管线变形受力的影响规律进行研究。通过理论计算、模型实验分析以及有限元模拟研究,获得盾构下穿过程周边土体的位移传递规律和管线受力、变形响应机理;研究不同管线加固措施等因素对管线结构变形的影响规律,总结新建地铁隧道施工诱发管线灾变防控技术。主要结论如下:(1)沉降时序性分析:开挖面距离管线约(2.5至1D)时,盾构扰动的影响非常小,距离开挖面约(1至-1D)时,开始进行明显下降,通过1D之后,地表沉降趋于稳定。(2)不同管隧间距:随着管隧间距增大,地表沉降值、管线最大沉降值和管线最大弯矩值减小,但沉降槽宽度系数则反而增加。不同土质:在粉质黏土中比在砂土中,地表沉降值和管线埋深处的土体竖向沉降值减小,施工扰动造成的影响范围不变。在粉质黏土中管线最大正弯矩相比在砂土中减小。管线刚度:小刚度管线受扰动产生变形会相对增大,沉降曲线相对陡峻,管线刚度大小对沉降槽系数即反弯点的位置影响不大。(3)盾构掘进状态:螺旋排土器转速越小,土仓压力越大,管线沉降变形越小,当土仓压力增大到平衡状态之后,管线出现隆起。螺旋排土器转速对管线竖向变形曲线的反弯点位置的影响不大。盾构直径增大,地面沉降值和管线埋深处的土体竖向沉降值增大,施工引起的影响范围基本不变。(4)管底土压力:螺旋排土器转速为600r/min时,管道出现了一定程度的管土分离现象;500r/min下管土分离程度较小,400r/min盾构机有向上隆起的作用。最后对管线加固措施进行模拟,总结不同措施以及同一措施不同参数的加固效果:在一定合理范围内,随着管线周围注浆厚度的增大和注浆层模量加大;盾构掘进压力值的增大;盾尾注浆层强度的增大;盾构千斤顶推力增大管线的沉降值以及最大应力值减小。


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