大直径泥水盾构施工引起的深层土体沉隆特性研究

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大直径泥水盾构在隧道建设中的应用越来越广泛,但其对周边环境的影响较为复杂,尤其对深层土体变形具有较大的扰动。因此,本文依托广州地铁四号线南延段大直径泥水盾构施工工程,通过理论分析和现场实测方法,对大直径泥水盾构施工引起深层土体沉隆变形展开研究,主要工作和成果如下:1、利用集中力作用下的土体变形解,结合了盾构刀盘附加推力、盾壳与土体摩擦力、盾尾注浆压力,得到大直径泥水盾构施工引起的土体沉隆的计算公式,并结合实际工程进行计算和比对,发现本文公式能较好地反映土体总体沉隆的基本规律,还得到各施工参数对不同深度土体沉隆的影响规律,和盾构施工引起上覆土体沉隆的主要影响区。2、制定了包含地表和深层土体沉隆变形、孔隙水压力变化等项目的现场实测研究方案。结合增量分析法和施工参数数据对土体沉隆数据,发现各施工参数引起深层土体的沉隆增量变化相比于地表更大,盾尾同步注浆的影响范围相比于泥水仓压力更广、影响程度更大,且盾尾注浆压力过大会导致地表发生整体隆起、倾斜抬升、侧向抬升。3、引入沉隆差的概念,用于描述土体竖向脱开和压缩的程度,对三个现场实测断面的沉隆差变化过程进行分析,并总结出5种深层土体竖向脱开和压缩的变形模式,结合施工参数发现这5种变形模式的发生阶段和原因与泥水仓压力、盾尾注浆压力、盾尾注浆量、盾构超挖、地层损失等因素有直接关系。4、结合实测数据对大直径泥水盾构在施工过程中引起的注浆劈裂和泥水劈裂展开研究,发现盾尾注浆压力和泥水仓压力过大均会引起土体劈裂,盾尾注浆劈裂范围为注浆孔正上方的漏斗状范围,漏斗边界与水平线夹角大约为25°,劈裂缝尖端的最远水平距离至少为7m,泥水劈裂范围集中在刀盘正上方的小范围局部土体,劈裂缝长度至少为1.5m,盾尾注浆劈裂的裂缝会受后续工况的注浆压力持续增大而继续拓宽和伸展,而泥水劈裂缝产生之后受后续工况的泥水压力影响较小,最后总结提出了减少土体劈裂的盾构施工建议。
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