盾构通过矿山法隧道段数值模拟及研究

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1、...页眉盾构通过矿山法隧道段数值模拟研究 【摘  要】以深圳地铁2号线东港路站—招商东路站区间盾构通过矿山法隧道段为背景，运用有限元ANSYS软件对盾构通过矿山法隧道段施工过程进行动态模拟，在模拟盾构管片周围设置应力及径向压力监测点、管片环缝间设置纵向应变监测点，计算得出盾构通过矿山法隧道段时管片的受力变化规律。研究结果表明:①空推阶段管片受力变化规律表现为两个阶段，先是随着脱离盾尾距离的增大而增大(或减小)，然后达到稳定;②补压浆阶段补压浆施工会引起注浆环及邻近管片受力的显著变化。对称补压浆与单侧补压浆的影响范围分别为前后4环、前后6环;③对称补压浆较单侧补压浆效果理想。【关键词】盾构矿山

2、法隧道空推补压浆数值模拟      针对单一地层而言，都有比较合适的相应施工工法。如坚硬岩体隧道，可以采用矿山法施工;均质较硬岩体的山岭隧道，可以采用TBM工法施工;软土地层的暗挖隧道，可以采用盾构法施工等。然而，对于复杂地层、软弱不均的地层，实际施工中仍有不少难处。如软硬互层段、有孤石地段和微风化高硬度岩石段或遇到建筑物桩基等障碍物，此时单纯依靠一种工法较难完成施工。     目前，国内在广州、深圳等地的地铁施工过程中碰到的复杂地层、软弱不均的地层时，一般都采用盾构通过矿山法隧道段的施工工法。刘建美［1］以广州地铁四号线大学城专线小新区间隧道为例，详细介绍了盾构通过矿山法施工隧道段时的回填、

3、盾尾注浆和分阶段压注浆等工艺;杨书江［2］从解决空推无法对已拼装管片隧道施加足够轴向压力角度出发，提出了在盾构通过矿山法施工隧道段拼装管片时，采用焊接连接钢筋、支挡牛腿和复紧螺栓三步走的措施，保证隧道的防水效果。汪茂祥［3］结合广州地铁5号线区杨盾构区间盾构隧道，介绍了盾构通过矿山法施工隧道段的导台施工、盾构“磕头”、管片错台控制和增大盾构总推力压紧管片等施工关键技术。     但是，目前大部分研究工作主要围绕盾构通过矿山法隧道段的施工工艺研究，并未从理论上系统地分析盾构通过矿山法隧道段时管片的受力变化规律。为了探索盾构通过矿山法隧道段时管片的受力变化规律，本文结合现场实测数据，采用三维有限元

4、软件ANSYS对盾构通过矿山法隧道段进行研究，分析管片受力情况在隧道纵轴线上的变化规律，为今后国内地铁盾构通过坚硬地层施工提供理论依据和技术支持。1、工程简介1.1盾构通过矿山法隧道段工艺简介     盾构通过矿山法隧道段施工的通常做法是:①从地表打一竖井下至隧道设计岩层处，采用矿山法将较坚硬岩土层爆破挖除，施工断面稍大于盾构外径的初期衬砌;②在矿山法隧道内回填土或者细石子;③盾构在预先做好的矿山法隧道里空推并完成管片拼装(此阶段基本无同步注浆);④补压浆。见图1。....页脚...页眉1.2依托工程简介     深圳地铁2号线东港路站—招商东路站区间隧道从东港路站出发，下穿新建澳城花园，地质

5、条件复杂，隧道下部将遇到高强度微风化岩层。隧道断面内为最不利的第四系中更新统残积层、拱顶上部为具有高渗透性(渗透系数达到15m/d)的③3砾砂(含淤泥)层。     区间隧道整体设计为土压平衡盾构施工。采用预先矿山法暗挖，然后盾构通过矿山法施工隧道段的施工方法通过其间的高强微风化岩层段。左右线矿山法段分别长147.5m和287.0m，埋深约10.0m(见图2)。     矿山法隧道衬砌为C25、S6喷射混凝土，内径6600mm，外径7300mm，厚350mm;盾构管片为C50、S10预制管片，内径5400mm，外径6000mm，厚300mm。1.3盾构通过矿山法隧道段遇到的技术难题     与

6、软土地区的普通盾构施工相比，在已经施工完毕的矿山法隧道内进行盾构空推施工，存在如下几大技术难题:     1)隧道上部缺少上覆土的作用，导致管片脱出盾尾后上浮较严重;     2)盾构纵向及四周失去土体挤压力，管片拼装难以达到横向真圆度，环间接缝难以压紧，差异沉降较大，易造成管片错台，对隧道正常使用和管片防水产生不利影响。2、数值模拟2.1计算假定     为了探求盾构通过矿山法隧道段管片受力变化的基本规律，需要对实际工况作出一些假定。基本计算假定如下:     ①地表面和各土层均呈匀质水平层状分布;②计算中不考虑管片接头影响以及错缝拼装方式对衬砌整体刚度的折减作用;③盾构每个推进步长为3m(

7、2环管片宽度);④土层采用理想弹塑性模型，喷射混凝土、管片及回填材料采用线弹性模型;⑤盾构在矿山法隧道里空推施工时无同步注浆。....页脚...页眉2.2计算模型     如图3(a)所示的计算模型，Z轴为隧道轴线方向，Y轴为隧道深度方向，X轴为隧道宽度方向。模型X方向宽40.0m，Y方向深33.0m，Z方向长45.0m。网格Z方向间距1.5m(取一环管片的宽度)。隧道埋深为13.0m。