大直徑土壓平衡盾構(gòu)引起的地表變形及掘進(jìn)控制技術(shù)研究.pdf

1、論文依托北京地鐵14號線10.22m大直徑土壓平衡盾構(gòu)長距離掘進(jìn)控制工程實(shí)例，借鑒已有盾構(gòu)控制技術(shù)進(jìn)行快速施工創(chuàng)新，采用理論分析、數(shù)值計算、緊密結(jié)合現(xiàn)場測試和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的綜合研究方法，提出了大直徑盾構(gòu)機(jī)快速掘進(jìn)及管片配制安裝產(chǎn)生地表變形沉降規(guī)律及關(guān)鍵控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了月掘進(jìn)平均492m，最快641m/月的最高水平。研究將有利于促進(jìn)北京地鐵從“雙洞雙線”轉(zhuǎn)向“單洞雙線”線路敷設(shè)方式的轉(zhuǎn)變和建設(shè)方法的革新，意義重大。主要關(guān)鍵技術(shù)研究內(nèi)容有

2、六項(xiàng)。
　　一、大盾構(gòu)引起的地表變形規(guī)律和分布特征
　　(1)地表沉降槽曲線符合Peck曲線（Gauss公式），地表沉降最大沉降大致在12.0mm到36.4 mm之間;拱頂覆粘性土?xí)r，最大沉降值在12.0 mm到25.9 mm之間;拱頂覆砂性土?xí)r，最大沉降大致在20.4 mm到36.4 mm之間。
　　(2)地表沉降槽寬度系數(shù)i與隧道埋深z大致成正比關(guān)系，隧道拱頂為粘性土?xí)r，比例系數(shù)k約為4.7，地層損失率平均為0.4

3、0％;拱頂為砂性土?xí)r，比例系數(shù)k約為3.5，地層損失率平均為0.45％?？傮w看來，地層損失率大致在0.31-1.04％之間。
　　(3)地層損失Vs與漿液注入率大致成負(fù)指數(shù)關(guān)系:地表沉降最大值和沉降槽寬度均隨注漿量、土倉壓力的增大而減小;數(shù)據(jù)表明，漿液注入率控制在145-175％之間時，地表沉降控制較好。
　　二、地表變形預(yù)測方法
　　(1)本文建立的基于LS-SVM的地表沉降最大值以及地表沉降槽寬度預(yù)測模型可以考慮盾

4、構(gòu)法關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)以及隧道埋深、拱頂覆土力學(xué)特性的影響，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)預(yù)測方法在此方面的不足，更貼合工程實(shí)際，便于工程推廣應(yīng)用。
　　(2)本文計算分析表明，相比線性函數(shù)和多項(xiàng)式核函數(shù)，RBF核函數(shù)具有較強(qiáng)的統(tǒng)計學(xué)習(xí)及更高的泛化推廣能力，尤其適應(yīng)地表沉降最大值和沉降槽寬度的建模分析。
　　(3)基于LS-SVM建模分析，可以寫出地表最大沉降及沉降槽寬度與相關(guān)影響因素的顯式表達(dá)，從而可以更加清晰認(rèn)識相關(guān)要素與地表沉降關(guān)鍵特征參數(shù)的作

5、用機(jī)理。
　　三、大盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵技術(shù)
　　(1)大盾構(gòu)成功始發(fā)的實(shí)踐證明，本工程主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選取旋噴方法進(jìn)行端頭加固可行的，反力架結(jié)構(gòu)推力荷載考慮2.7的安全系數(shù)是偏于安全的，通過負(fù)環(huán)管片拼裝前后的控制措施保證負(fù)環(huán)管片的成型質(zhì)量以及在盾構(gòu)臺車軌道上方鋪設(shè)鋼板解決了臺車輪組小半徑曲線轉(zhuǎn)彎問題的做法是合理的，對類似工程有較好參考價值。
　　(2)針對大直徑盾構(gòu)沿350m曲線半徑和27‰線路縱坡的困難始發(fā)條件，文中提出的

6、始發(fā)反力架和基座安裝精度指標(biāo)是合理的，滿足了始發(fā)要求。
　　(3)理論建模計算分析表明，大直徑盾構(gòu)始發(fā)過程中其自重與托墊間的摩擦力產(chǎn)生的阻滯力矩不能滿足刀盤旋轉(zhuǎn)切削的掘進(jìn)要求，必須在其托墊和盾構(gòu)殼體之間采取抗扭矩措施。
　　四、渣土改良技術(shù)和同步注漿漿液配比
　　(1)注入濃度為5％泡沫和濃度為8％泥漿的渣土改良方案以及針對大直徑盾構(gòu)渣土攪拌進(jìn)行的泥漿、泡沫系統(tǒng)設(shè)置、管路獨(dú)立布置、添加口的數(shù)量和位置的設(shè)計，特別是渣土主

7、動攪拌裝置的配備是成功的，滿足了生產(chǎn)需要。
　　(2)實(shí)踐表明，同步注漿采用雙液漿方案，漿液配比為水∶水泥∶泥漿∶緩凝劑=1∶1∶0.3∶0.013，以及每環(huán)漿液的注入量為14.1-15.3m3/環(huán)的做法是成功的。
　　五、隧道內(nèi)部會車浮放式道場系統(tǒng)
　　(1)突破傳統(tǒng)固定式運(yùn)輸車場的限制，建立一種可適應(yīng)不同坡度并可在曲線段快速敷設(shè)的可移動式隧道內(nèi)雙道岔四軌會車浮放式道場，是實(shí)現(xiàn)長大隧道高效水平運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)關(guān)鍵，有助于發(fā)

8、揮盾構(gòu)技術(shù)安全、迅速和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
　　(2)本文建立的車場位置和運(yùn)輸距離模型是本工程在距始發(fā)位置1km和1.7km處設(shè)置會車浮放式道場的理論基礎(chǔ)，對于其他行業(yè)長大隧道的建設(shè)也有重要的參考價值。
　　六、近接施工安全控制技術(shù)
　　(1)構(gòu)建以合理盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選擇、地層渣土改良方案優(yōu)化和綜合注漿控制等為核心技術(shù)的主動控制技術(shù)體系，并依據(jù)環(huán)境條件復(fù)雜狀況，配合實(shí)施鄰近環(huán)境條件和建（構(gòu)）筑物的現(xiàn)狀檢測、施工過程的數(shù)值化仿真以