隧道斷面的增大致使盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)增大,尤其是高水壓砂性土層,大直徑淺埋隧道盾構(gòu)對(duì)周邊巖土體的擾動(dòng)以及土層變形的影響是目前需要研究的新課題。本文以武漢地鐵7號(hào)線大直徑越江隧道段為工程背景,建立了大直徑淺埋隧道盾構(gòu)掘進(jìn)室內(nèi)縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?采用螺旋出土盾構(gòu)設(shè)備（包含螺旋桿、螺旋出土器及套筒）,以恒定的推進(jìn)速率進(jìn)行了隧道掘進(jìn),并且對(duì)地表沉降進(jìn)行了監(jiān)控。同時(shí),本文建立了同尺寸的淺埋隧道盾構(gòu)掘進(jìn)離散元模型,對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中地表沉降、開挖面前方土層中顆粒配位數(shù)以及黏結(jié)破裂區(qū)域進(jìn)行了分析研究,并與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:地表豎向位移與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高,盾構(gòu)掘進(jìn)地表各點(diǎn)處的沉降均隨著掘進(jìn)距離的增大而增大;盾構(gòu)掘進(jìn)影響區(qū)域主要分布在隧道頂部至地表、一定范圍內(nèi)的周邊土體以及開挖面前方一定范圍內(nèi)的盾構(gòu)區(qū)域;顆粒接觸點(diǎn)處的黏結(jié)破裂區(qū)域主要分布在盾構(gòu)區(qū)域和隧道頂部區(qū)域。 

【文章來源】：地下空間與工程學(xué)報(bào). 2020,16(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

室內(nèi)試驗(yàn)縮尺模型

為了控制土層的密實(shí)度以及土層中的沉降變化，對(duì)模型進(jìn)行分層裝樣。對(duì)于隧道頂部以下的土層，每層厚度為55 mm;而隧道頂部土體，每層厚度為20 mm，用以觀測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中地表及隧道周邊土層的擾動(dòng)情況。裝樣后的覆土厚度0.5D的模型試樣如圖2(a)所示。在圖2(b)中，試樣正處于固結(jié)狀態(tài)，加載板作用于模型頂部，用以替代因模型無法密封而無法維持恒定水位的水壓力。模型頂部安置6個(gè)位移計(jì)，其中4個(gè)位移計(jì)分布在隧道中心線兩側(cè)160 mm處(點(diǎn)A、B、D、E，其中AD、BE間距為300 mm),2個(gè)位移計(jì)位于隧道中心線上(點(diǎn)C、F,CF間距為300 mm)。在0.5D的工況下，水壓力為7.79 k Pa，根據(jù)模型頂部固結(jié)面積為0.324 m2，因此，配重塊重量為252 kg。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中依據(jù)推進(jìn)距離停頓，總推進(jìn)量500 mm，每10 mm停頓一次，并讀取模型頂部各位移計(jì)的讀數(shù)。

如圖3(b)所示，模型頂部D、E點(diǎn)處的豎向位移隨著掘進(jìn)距離的增大而增大。隨著盾構(gòu)設(shè)備的掘進(jìn)，開挖面距D、E兩點(diǎn)所在豎向截面的距離越來越近，當(dāng)開挖面與其兩點(diǎn)的豎向截面距離小于150 mm時(shí)(即掘進(jìn)距離大于150 mm)，該兩點(diǎn)的豎向位移增大趨勢(shì)逐漸放緩。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)至D、E兩點(diǎn)處的豎向截面位置時(shí)，該兩點(diǎn)的豎向位移相等，最大沉降量與隧道中心線對(duì)稱分布。由隧道兩側(cè)的土體變形可知，在盾構(gòu)設(shè)備掘進(jìn)過程中，隧道兩側(cè)土體在掘進(jìn)距離100～150 mm處沉降最快。由于在掘進(jìn)過程中開挖面的支護(hù)壓力始終保持為恒定值，而隧道兩側(cè)土體依舊發(fā)生變形，由此得知盾構(gòu)掘進(jìn)過程對(duì)開挖面前方一定范圍內(nèi)的土體存在擾動(dòng)影響。如圖4所示，在初始開挖面上方F點(diǎn)處地表沉降隨著掘進(jìn)距離的增大逐漸增大，其沉降量高達(dá)20 mm。距離初始開挖面320 mm土層地表C點(diǎn)處，其沉降量較小，但沉降量同樣隨著掘進(jìn)距離的增大而增大。F點(diǎn)處沉降量較大的原因主要是在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，初始開挖面上方的土層始終處于被擾動(dòng)狀態(tài)，隧道頂部的土層產(chǎn)生大量裂隙，發(fā)生變形、分層等現(xiàn)象，如圖5(a)所示。盾構(gòu)結(jié)束時(shí)，將螺旋出土器拔出約束筒后，套筒的位置如圖5(b)所示。


本文編號(hào)：3217489