盾构隧道管片病害安全评估及背后空洞注浆影响规律研究

摘要

管片作为盾构隧道的主要受力构件,在施工和运营过程中承担着盾构机的顶推力、围岩压力、注浆压力和地下水压力等,是隧道防水、防火和耐久性等综合性能的保证。受施工工艺、运营荷载及所处运营环境的影响,管片可能出现空洞、裂缝、破损、错台、上浮等病害。为保证隧道的安全性,总结空洞及注浆对隧道结构的影响规律,本文通过理论推导、数值分析和现场监测等方法,对病害管片的安全性进行验算,并建立地层—结构模型,分别对管片背后空洞及壁后注浆的四种不同工况进行分析,结合工程实例,得出如下结论:
　　1、对隧道的力学状态进行模拟,得出结构的轴力、弯矩等参数,并编写安全系数计算程序,计算管片各截面安全系数,根据安全系数、承载能力和裂缝宽度评判结构的安全性。而后采用 solid65单元对管片裂缝的开展规律进行了研究,研究表明:当荷载大小处于2.5倍设计荷载和4倍设计荷载之间时,裂缝数量与荷载的关系接近S曲线。
　　2、对不同工况的空洞进行模拟,分析空洞对隧道结构的影响,得出:对于相同尺寸不同位置的空洞,当其位于隧道中部附近时,对结构的力学状态影响最大;对于相同位置不同尺寸的空洞,当空洞尺寸大于0.5*0.5m时,安全系数低于规范要求,且此后安全系数降低较快,当空洞大于1.5*1.5m时,结构破坏。
　　3、基于修正的达西定律推导了粘性土中浆液的半球面扩散公式,结合数值模拟,得出:对于相同压力不同部位的注浆,管片顶部与底部的注浆对管片力学形态影响较大;对于相同位置不同压力的注浆,随着注浆压力的减小,轴力、弯矩和管片上浮位移量均减小,当注浆压力为0.3MPa时,管片的轴力、弯矩与设计工况相当,仅控制截面发生小角度的旋转。
　　4、通过现场监测成果与模拟结果的对比分析得出:地表位移的模拟结果与工程实际相差较大,而管片位移与模拟结果一致,仅量值存在较小差异。而后改变模拟方法,获得较好效果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与方法

第二章 管片病害的安全性评估

2.1 盾构隧道管片病害成因分析

2.2 管片病害数值分析

2.3 管片病害的修复及数值分析

2.4 裂缝开展规律研究

2.5 小结

第三章 管片背后空洞及壁后注浆数值分析

3.1 管片背后空洞引起的病害

3.2空洞对管片结构的影响分析

3.3盾构隧道注浆扩散机理探讨

3.4 管片壁后空洞注浆对结构的影响分析

3.5小结

第四章 工程实例分析

4.1 工程概况

4.2涌水前后地表及位移监测

4.3 涌水前后隧道数值模拟

4.4 小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

附录1

附录2

致谢