盾構(gòu)隧道穿越上軟下硬地層擾動機(jī)理及應(yīng)對措施研究.pdf

1、上軟下硬地層是盾構(gòu)隧道施工中經(jīng)常遇到的一種特殊地質(zhì)條件，由于開挖面地層特性的不均一性，在“軟硬不均地層”中盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，常常出現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)不佳、管片局部應(yīng)力集中甚至發(fā)生破損、地表沉降難以控制等諸多難題，使得施工質(zhì)量及工期等難以得到保障。探明盾構(gòu)在上軟下硬地層掘進(jìn)過程中對周圍地層的擾動機(jī)理及管片襯砌結(jié)構(gòu)的受力特性，對于提升盾構(gòu)隧道在上軟下硬地層安全快速掘進(jìn)具有重要意義。
　　論文以深圳地鐵7號線西西區(qū)間盾構(gòu)隧道穿越上軟下硬地層為工程

2、背景，綜合采用理論分析、離散元數(shù)值模擬等研究方法，從宏觀和細(xì)觀層面上對上軟下硬地層中盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層擾動機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析，對上軟下硬地層盾構(gòu)施工中的地層改良進(jìn)行了探討，并通過將不同掘進(jìn)參數(shù)對地層擾動的影響與現(xiàn)場對掘進(jìn)參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)相結(jié)合，開展了盾構(gòu)穿越上軟下硬地層掘進(jìn)參數(shù)的優(yōu)化研究，得出以下主要成果:
　　1、對上軟下硬地層中盾構(gòu)掘進(jìn)對地層的擾動機(jī)理進(jìn)行理論分析，采用三維顆粒流離散元數(shù)值模型模擬了上軟下硬地層中盾構(gòu)掘進(jìn)所引起的

3、擾動影響，在盾構(gòu)掘進(jìn)引起地層擾動分區(qū)的基礎(chǔ)上，提出了上軟下硬地層中盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層擾動分區(qū)。
　　2、對巖性地層進(jìn)行細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定，采用顆粒流離散元分析軟件PFC建立土壓平衡盾構(gòu)機(jī)（包括刀盤、刮刀、滾刀、土倉及盾殼等結(jié)構(gòu)）—上軟（軟巖）下硬（硬巖）地層的三維離散元精細(xì)化模型，考慮滾刀破巖機(jī)理，提出了滾刀模型先隨刀盤平動和轉(zhuǎn)動微小時段再自轉(zhuǎn)相同步數(shù)的滾刀破巖離散化模擬方法。
　　3、針對硬巖部分占掌子面25％、50％、75％等

4、三種不同比例條件，在細(xì)觀層面上從地層中土體顆粒間接觸狀態(tài)、顆粒位移及地層應(yīng)力的變化對上軟下硬地層中盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層擾動進(jìn)行了對比分析，探明了上軟下硬地層硬巖占比不同條件下盾構(gòu)掘進(jìn)對周圍地層的擾動規(guī)律。
　　4、采用三維數(shù)值模擬對不同地層條件及掘進(jìn)參數(shù)下盾構(gòu)掘進(jìn)引起地層擾動進(jìn)行了對比分析，探明了加固軟弱地層對有效降低盾構(gòu)掘進(jìn)對地層變形及管片內(nèi)力的影響，并結(jié)合掘進(jìn)參數(shù)的現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，給出了盾構(gòu)穿越上軟下硬地層時盾構(gòu)頂推力、掘進(jìn)速度與