隧道超前注浆加固主动动态控制变形研究

摘要

为形成一套隧道超前注浆抬升既有建（构）筑物主动动态控制体系，本文首先从新建隧道引起土层变形，运用监测数据和数值模拟来预测隧道开挖引起的沉降;结合圆孔扩张理论和弹性地基梁理论推导单孔注浆抬升既有建（构）筑物数学表达式;运用mathematic软件推导多孔注浆数学表达式;结合监测反馈;最后形成隧道超前注浆抬升既有建（构）筑物主动动态控制变形的体系。其主要内容如下:
　　(1)通过采集土压力盒数据，算出新建隧道初期衬砌轴力;采用有限元数值模拟，并结合现场监测数据，反算围岩应力释放率。在相同围岩释放率下，分别采用线弹性本构模型、HS本构模型和MC本构模型，得到既有建（构）筑物沉降曲线，与既有建（构）筑物沉降监测数据对比，得出HS本构模型能更好预测既有建（构）筑物沉降规律。
　　(2)采用圆孔扩张理论和MC破坏准则分析土中注浆产生的附加应力，建立相关简化模型，并结合弹性地基梁理论推导单孔注浆抬升既有建（构）筑物变形方程。
　　(3)通过位移叠加方法，推导多孔注浆对既有建（构）筑物抬升的数学表达式，运用mathematics软件和最优化理论分析多孔注浆时注浆孔合理间距。
　　(4)运用mathematics软件分析六种因素（基床系数、既有建（构）筑物的抗弯刚度、既有建（构）筑物上部荷载及埋深、注浆孔到既有建（构）筑物底板距离、注浆压力、注浆孔影响范围）对注浆抬升的影响，求出以上因素对注浆抬升既有建（构）筑物影响的数学表达式。
　　(5)通过改变膨胀系数和施加外荷载的方法进行注浆抬升的数值模拟，使数值模拟选取参数与实际注浆工程中的注浆压力和注浆量相对应;对比设置变形缝和不设置变形缝两种情况下既有建（构）筑物的注浆抬升效果。
　　(6)运用监测数据分析和数值模拟计算来分析注浆抬升既有建（构）筑物产生位移和影响范围，同时与本文提出的理论对比，验证这种理论的合理性。
　　(7)通过工程实例，运用反分析得出新建隧道引起既有建（构）筑物沉降曲线;运用多孔注浆抬升理论，得到既有建（构）筑物多孔注浆抬升曲线;结合监测信息反馈。从而形成一套隧道超前注浆抬升既有建（构）筑物主动动态控制变形的体系。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 围岩应力释放率

1．2．2 注浆抬升

1．3 存在问题

1．3．1 围岩释放率

1．3．2 注浆抬升

1．4 本文研究的技术路线、内容及方法

2 新建隧道对地层和建(构)筑物的影响

2．1 简介新建隧道对地层沉降分析

2．1．1 地表横向沉降槽(Peck公式)

2．1．2 地层损失率

2．2 反算围岩应力释放率预测沉降曲线

2．2．1 工程概况

2．2．2 土体本构模型和计算模型说明

2．2．3 研究方法

2．3 结论

3 研究注浆抬升对既有建(构)筑物的作用机理

3．1 简介注浆抬升机理

3．3 推导单孔抬升弹性地基梁理论

3．3．1 选取1长度的探讨

3．3．2 选取边界长度nl的探讨

3．3．3 理论推导

3．4 推导多孔效应和抬升目标函数

3．5 总结

4 注浆抬升既有建(构)筑物的影响因素分析

4．1 分段函数表达式

4．2 土层的物理力学指标

4．3 注浆压力分析

4．4 既有建(构)筑物抗弯刚度

4．3．1 既有线结构弹性模量

4．3．2 既有建(构)筑物底板厚度

4．5 既有建(构)筑物上部荷载和埋深

4．6 注浆孔到既有建(构)筑物底板距离

4．7 注浆孔影响范围(注浆量)

4．8 总结

5 工程简介和研究方法对比

5．1 工程简介

5．2 现场监测数据采集和处理

5．2．1 深孔注浆工艺

5．2．2 1#导洞注浆孔布置

5．2．3 监测布置图

5．2．4 数据采集和分析

5．3 理论解

5．3．1 注浆参数确定

5．3．2 单孔注浆理论

5．3．3 多孔注浆参数理论

5．4 注浆数值模拟

5．4．1 模型简介

5．4．2 注浆模拟方式

5．4．3 数据模拟处理

5．5 三种研究方法的对比

5．5．1 不设置变形缝和理论值对比

5．5．2 设置变形缝与监测数据对比

5．5．3 数值模拟隧道开挖全过程

5．5．4 五种曲线对比

5．6 总结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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