盾构隧道施工期同步注浆引起隧道上浮及管片错台研究

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1、国内图书分类号：U239.5密级：公开国际图书分类号：624.9西南交通大学研究生学位论文盾构隧道施工期同步注浆引起隧道上浮及管片错台研究年级：二〇一五级姓名：张雨帆申请学位级别：工程硕士专业：建筑与土木工程指导老师：周佳媚教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U239.5U.D.C:624.9SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisStudyontunnelfloatingandsegmentdislocationduetoSynchronousGrou

2、tinginShieldTunnelConstructionClass:2015Candidate:ZhangYuFanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:ArchitecturalandCivilEngineeringSupervisor:Prof.ZhouJiameiMay2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要盾构隧道施工时，由于盾壳直径比管片直径大，脱离盾尾的管片与地层间会形成盾尾空隙，该空隙会导致地层产生位移从而引起地表沉降。

3、采用壁后注浆可以有效地填充盾尾空隙，然而当注浆压力过大时，会引起隧道整体上浮或管片局部错台。本文以同步注浆对隧道上浮及管片错台的影响为主体框架，先后对盾尾空隙浆液充填压力分布规律、浆液渗透扩散规律、注浆产生的上浮力对隧道局部错台及整体上浮的影响以及施工期管片错台规律进行了系统性的研究。（1）假定注浆浆液为牛顿流体和宾汉姆流体，将盾尾空隙简化为均匀的环柱形，建立盾构隧道同步注浆充填扩散模型，推导出浆液充填扩散的压力表达式，研究了注浆孔数量及位置、隧道半径、盾尾空隙大小等因素对压力分布的影响。（2）假定注浆浆液为幂律型流

4、体，基于半球面扩散原理，建立管片壁后注浆渗透扩散模型，推导出浆液稠度空间分布方程，结合浆液稠度的时变性，分析了浆液稠度时空分布对浆液渗透扩散规律的影响，并以此推导出考虑浆液稠度时空分布的前提下浆液对管片的压力表达式。（3）考虑隧道上覆土及管片接头的抗浮作用，分别以单块管片和整环（数环）管片为研究对象，进行盾构隧道局部抗浮计算，得出单块管片的抗浮力主要由螺栓抗剪强度提供，整环管片的抗浮力主要由上覆土和接头抗剪强度共同提供。此外，以螺栓剪切破坏为控制标准，得出管片局部抗浮所能采用的最大注浆压力。（4）基于Kerr弹性地基

5、梁原理，假定盾构隧道为一均质无限长梁，建立盾构隧道纵向整体上浮模型，推导出盾构隧道在上浮力作用下的位移表达式，以施工期最大上浮量为控制标准，得出隧道抗浮可采用的最大注浆压力。此外，对上浮力（注浆压力）、地层参数（弹性模量）、浆液未凝固区长度、隧道纵向有效刚度等影响参数进行敏感性分析，得出了各影响因素的敏感度。（5）基于荷载结构模型，采用有限元软件ANSYS分析了壁后注浆浆液压力大小、浆液压力差、盾尾局部空隙及管片壁后注浆对管片位移及错台的影响规律，通过计算得出了最优浆液压力差，并以管片错台量为控制标准，求得了最大浆液

6、压力差及管片壁后注浆最大注浆压力。关键词：盾构隧道；注浆压力；管片错台；整体抗浮；西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractInshieldtunnelconstruction,becausethediameteroftheshieldshellislargerthanthediameterofthesegment,thegapbetweenthepipeandthestratumwillform,whichwillcausethedisplacementofthestratumandcausethesu

7、rfacesubsidence.Theback-filledgroutingcaneffectivelyfillthegapofshieldtail.However,whenthegroutingpressureistoohigh,itwillcausethewholetunneltofloatuporthepartialdislocationofthesegment.Inthispaper,theinfluenceofsynchronousgroutingonthefloatingoftunnelandthedis

8、locationofthepipeisthemainframe.Thedistributionlawofthefillingpressure,thelawofthepermeationanddiffusionoftheslurry,theeffectofthebuoyancyproducedbythegroutingonthepartialdi