旋喷加固暗挖法修复破损隧道的有限元分析

摘要

旋喷加固暗挖法修复破损隧道是利用旋喷加固法加固受损隧道周边土体后再进行暗挖修复隧道的方法。先用三管旋喷桩对破损盾构隧道受影响范围进行加固，再采用真空井点降水，在隧道周边布置降水井，降低地下水位，保证施工操作的安全，最后暗挖修补、切除和替换破损管片。
　　 本文搜集了国内外隧道建设中发生的一些重大事故及其研究分析和处理方法。并做了隧道建设中发生重大事故的类型分类。归纳了隧道修复的几种主要施工方法，有明挖法、冻结加固暗挖法和本文研究的旋喷加固暗挖法。介绍了上海地铁11号线支线盾构隧道的损伤案例及初步分析，包括隧道受损情况说明和管片破损形式分类。阐明了旋喷加固暗挖法修复隧道的施工步骤，并用有限元软件分析研究旋喷加固暗挖法修复隧道的可行性，即：
　　 1.三维ANSYS有限元分析了旋喷加固后，管片拆除前后土体的沉降分布对比，说明管片拆除前后的土体沉降分布基本没有变化，说明本工程旋喷桩能很好的保持拱顶上部土体的稳定性；分析了旋喷加固后，隧道开孔处土体应力，说明隧道周边土体能实现基本稳定。
　　 2.三维PLAXIS有限元分析了旋喷加固后，隧道顶部管片拆除后的塑性区分布，管片应力分布，说明旋喷加固后，土体加固区稳定，管片处于安全状态；分析了旋喷加固后，管片拆除前后土体沉降分布，说明旋喷加固后，管片的拆换基本对地层沉降变化没有影响；分析了旋喷加固后，底部管片拆除后拱底土涌出情况，说明拆除隧道拱底标准块时，拱底土层在上覆荷载的作用下会产生向隧道内的隆起，最大隆起量约50mm，在工程上能确保安全；分析了旋喷加固后，同时拆除3环管片后的土体沉降分布和同时拆除3环管片后的土体塑性区分布，此时地层沉降没有大的变化，但塑性区向旋喷桩加固体内发展。
　　 3.二维PLAXIS有限元分析了旋喷桩加固在拱顶以上高度从2m至6m变化过程中，土体塑性区域不断缩小，当加固体高度达到6m时，隧道周边土体几乎不出现塑性区域，从而本工程选用旋喷桩加固高度为6m是最合适的；分析了旋喷桩加固体高度6m时的土体沉降分布，说明平面和整体有限元计算模型的结果基本一致，整体有限元计算结果有效。
　　 得出有限元分析结论，有以下几条：
　　 1.利用ANSYS和PLAXIS有限元计算方式来相互印证，这种做法能在较大的程度上明确计算模型的正确性，且以经验判断之，能准确预测土体的沉降规律并用来更好的指导施工。
　　 2.证明了盾构隧道破损后的抢险修复，在经过一定范围的土体加固后，是具备洞内暗挖作业的条件的。
　　 在该事故发生三个月后，决定采用暗挖法对破损盾构隧道进行修复，修复过程顺利，有限元分析结果同现场的实际情况较为相符。证明旋喷加固暗挖法在破损隧道的修复中可以应用。