廣州地鐵盾構(gòu)施工端頭預(yù)加固合理范圍研究及應(yīng)用.pdf

1、盾構(gòu)施工具有機械化程度高、掘進速度快、施工安全性高、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于城市地鐵、電力、市政等地下隧道建設(shè)中。在盾構(gòu)法隧道施工中，盾構(gòu)始發(fā)與到達施工是整個隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如若施工不當(dāng)，可能會發(fā)生如塌方、透水、端頭土體土體失穩(wěn)等安全問題。為了避免在盾構(gòu)始發(fā)與到達施工過程中可能出現(xiàn)的一系列問題，需要對端頭土體進行加固，以確保盾構(gòu)隧道能夠順利始發(fā)與及時貫通。
　　本文以廣州市軌道交通九號線花都廣場站～馬鞍山公園站（簡稱

2、花馬區(qū)間）地鐵隧道為工程背景，結(jié)合工程實際，運用工程經(jīng)驗、理論分析和數(shù)值模擬等方法，對地鐵隧道盾構(gòu)始發(fā)站（馬鞍山公園站）端頭土體加固的加固工法、加固理論、數(shù)值模擬進行了分析與研究。具體工作內(nèi)容如下：
　?。?）通過在廣州軌道交通花馬區(qū)間地鐵隧道工程的實習(xí)，了解盾構(gòu)始發(fā)工程的概況以及該項目盾構(gòu)始發(fā)采用的加固方法與施工工藝，并在此基礎(chǔ)上來理解各種端頭加固工法的優(yōu)缺點及其適用條件，把握盾構(gòu)始發(fā)端頭土體施工的重點、難點，藉以實現(xiàn)對地鐵隧道

3、盾構(gòu)始發(fā)工程安全的有效控制；
　?。?）在經(jīng)典強度理論的基礎(chǔ)上，通過建立端頭加固土體的力學(xué)與數(shù)學(xué)模型，運用彈性力學(xué)、高等土力學(xué)和高等數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出端頭土體的縱向、橫向加固范圍的理論解，并就馬鞍山公園站的工程條件進行實際算例分析，為工程實際施工提供理論參考；
　　（3）采用三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件FLAC3D，在盾構(gòu)始發(fā)封門拆除最不利工況下，從位移場、破壞場、應(yīng)力場出發(fā)，進行端頭加固范圍數(shù)值模擬。首先保證橫向加固范圍為3m，縱

4、向加固長度依次取3m、6m、10m、15m進行模擬，以確定合理的縱向加固數(shù)值解；其次保證合理的縱向加固范圍不變，橫向加固范圍依次取盾構(gòu)兩側(cè)1m、2m、3m、4m范圍進行模擬，以確定合理的橫向加固范圍，進一步為工程施工和理論研究提供參考性建議。
　　主要研究成果如下：
　?。?）馬鞍山公園站盾構(gòu)始發(fā)工程處于高水壓砂層、上軟下硬地層中，該地層具有滲透系數(shù)大、施工參數(shù)不好控制、地層承載能力差等特點。三重管高壓旋噴樁加固法適用于砂土

5、、砂卵石、淤泥及軟弱黏性土等多種土層，形成的旋噴樁體強度高、耐久性好，另外其操作簡單、可灌性好、材源廣闊、價格低廉等諸多優(yōu)點，適用于馬鞍山公園站盾構(gòu)始發(fā)工程的土體加固；
　?。?）由彈性薄板理論、土體滑移失穩(wěn)理論、土體擾動極限平衡理論和松動圈的相關(guān)知識及端頭加固的構(gòu)造分析，建立相應(yīng)的力學(xué)計算模型；通過彈性力學(xué)、高等土力學(xué)相關(guān)知識及高等數(shù)學(xué)的解析方法，推導(dǎo)出端頭土體加固范圍的理論解，并就馬鞍山公園站工程實例進行算例分析，結(jié)果表明，與

6、實際加固相比而言縱向和隧道兩側(cè)相差不大，隧道拱底砂性土及拱底炭質(zhì)灰沿土層計算有所偏差，主要原因可能是未考慮實際地質(zhì)情況及加固土體等因素的影響。
　　（3）由數(shù)值模擬結(jié)果可知：在綜合考慮不同縱向、橫向加固范圍的位移場、破壞場和應(yīng)力場以及盾構(gòu)始發(fā)的止水性要求的前提下，結(jié)合實際工程地質(zhì)條件和理論研究結(jié)果，最終確定本工程盾構(gòu)始發(fā)端頭土體加固為：縱向加固長度取10m，橫向加固長度取3m，深度方向為隧道頂部加固取5m，隧道中心以下無加固。施工