水平高压旋喷桩在隧道软弱围岩加固中的应用研究

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1、国内图书分类号：U455.4密级：公开国际图书分类号：624.1西南交通大学研究生学位论文水平高压旋喷桩在隧道软弱围岩加固中的应用研究年级：二〇一三级姓名：任鹏申请学位级别：工程硕士专业：建筑与土木工程指导老师：高波教授易图林教高二零一七年五月二十日西南交通大学硕士研究生学位论文第I页ClassifiedIndex:U455.4U.D.C:624.1SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisApplicationofhorizontalhighpressurejetgroutingpileinthereinforcementofwea

2、ksurroundingrockoftunnelGrade:2013Candidate:RenpengAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:ArchitectureandCivilEngineeringSupervisor:Prof.BoGaoProf.TulinYiMay,2017西南交通大学硕士研究生学位论文第II页西南交通大学硕士研究生学位论文第III页西南交通大学硕士研究生学位论文第IV页摘要目前，城市内部由于人口密度越来越大，可利用土地越来越少，城市逐渐饱和，在这种情况下造成城市人口拥挤、交通阻塞等情况越来越严重以及地面空间可

3、规划利用的空间减小，因此，不论是铁路、公路亦或者人行通道对隧道的需求表现的越来越明显。但是，在施工过程中碰到了不良地层，一般的如管棚、小导管注浆等超前预加固技术逐渐显现诸多不足的地方。因此，寻求一种新的且行之有效的隧道超前预支护方法成为目前急需解决的问题，通过分析诸多国外的成功工程实践经验，水平高压旋喷注浆超前预支护技术对土层的加固范围以及质量能够很好的进行控制。本文通过对国内外水平高压旋喷注浆技术的理论以应用进行分析总结，从应用背景、加固机理和加固效果等方面出发，阐明水平高压旋喷注浆技术在现实工程中的运用。与此同时，论文结合依托工程，对水平高压旋喷注浆超前预支护技术及其施工流程进

4、行介绍，通过理论分析和数值模拟相结合的方法，对水平高压旋喷注浆技术的加固效果进行分析研究。主要得出以下结论内容：(1)使用水平高压旋喷注浆进行地层加固，除我们预定的加固区域形成达到我们要求的固结体外，在固结体周围的土体也得到不同程度的加强，加强效果与距加固区域的距离成反比。在之后对水平高压旋喷注浆加固效果分析时，应当考虑这部分土体的加固效果。(2)基于弹塑性力学，推导出来水平高压旋喷注浆加固的力学模型，并基于这个模型求出应力应变的空间分布情况，对水平旋喷注浆超前加固的力学模型进行了推导，得出了应力和位移分布公式，推导出在自重应力影响下圆孔扩张理论的应力和位移分布公式。(3)将水平高

5、压旋喷注浆技术应用于隧道施工的超前预支护，其主要是通过旋喷注浆，改变加固范围内土层的物理性质（E、C和），从而改变地层的力学性质，大幅度的增加其承载能力。由于水平高压旋喷注浆柱体在隧道外侧形成一个相互咬合的水泥土加固体，从而分担一部分外部荷载，增进了加固支护作用。(4)水平高压旋喷注浆超前加固对减少软弱地层中的沉降和变形具有较好的效果，可以达到安全施工的要求。与此同时，因为加固体能够分担一部分外部荷载，降低衬砌结构自身承载的荷载，从而可以节省材料，水平高压旋喷注浆超前预加固技术能够对隧道拱顶沉降以及场地地表沉降进行控制，从而保证安全施工的要求。与此同时，水平高压旋喷注浆超前预加固

6、能够使隧道结构自身承担的内力降低，从而可以在满足使用要求的情况下，减少材料的使用，提高经济性，而且使用水平高压旋喷注浆还可西南交通大学硕士研究生学位论文第V页以减小由于隧道的开挖引起的围岩塑性应变；(5)从实践可知，在进行注浆加固施工时，为了达到浆液和土体充分混合的目的，需要在严格控制旋转速度和拔退速度的情况下，保持注浆压力稳定，从而保证形成一个与未加固土体密切接触的圆柱状水泥土柱体，充分发挥工艺的加固效果。关键词：水平旋喷桩、作用机理、力学模型、有限元分析、施工工艺西南交通大学硕士研究生学位论文第VI页AbstractCurrently,withincitiesduetopopu

7、lationdensityincreases,lessandlessavailableland,thecitygraduallysaturated,inwhichcasethecauseofurbanovercrowding,trafficcongestionsituationisgettingworseandfloorspacecanbeplanneduseofspacereduced,therefore,iswhetherdemandforrail,roadorw