青岛地铁某区间穿河隧道盾构掘进参数及沉降控制研究

作     者：曹云飞 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：洪勇;王旭春

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：土压平衡盾构 复合地层 穿河隧道 掘进参数 地表沉降 

摘      要：随着青岛地区地铁建设热潮的掀起,线路不可避免地穿越河流、建筑物、桥梁等,但由于地上结构对沉降的要求较为苛刻,因此对地铁施工提出了较大挑战。由于盾构法(包含软土盾构机与TBM硬岩掘进机)施工安全性高、掘进速度快,因此被广泛应用到青岛地铁4号线的建设中。本文以青岛地铁4号线东段沙子口站～崂山六中站盾构区间为依托,通过理论计算、数值模拟、现场试验、数理统计以及多元线性回归的方法,对穿河隧道盾构掘进参数及地表沉降控制进行研究,得出的主要结论如下:(1)利用理论计算与数值模拟的方法,分析了穿河隧道采取加固措施的必要性,结果表明:本区间需在盾构穿河前采取一定的加固措施。(2)通过Midas GTS NX数值模拟软件建立河床加固前的数值模型,分析了穿河隧道地表沉降规律,并对河床加固范围进行了研究,结果表明:纵向地表沉降随隧道埋深的减小而增大;横向地表沉降变化规律符合Peck公式;地表历时沉降的变化规律为先微微隆起、后沉降,且第三阶段占总沉降量的比重最大;河床的加固范围为右线隧道中轴线向左延伸25m,向右延伸12.5m。(3)利用数理统计与理论公式相结合的方法,对试验段盾构掘进参数进行研究,得出了适用于富水砂黏地层的注浆压力、注浆量、出土量、总推力、刀盘扭矩、土舱压力的理论控制公式,以及河域段9种掘进参数的控制范围。(4)利用数理统计的方法,对河域段9种掘进参数的控制效果进行评价,结果表明,河域段盾构掘进参数控制效果良好,控制区间合理。并且通过多元线性回归分析,提出了更适合于河域段富水砂黏复合地层的掘进速度预测公式。(5)利用Midas GTS NX数值模拟软件建立河床加固后的数值模型,研究了隧道地表沉降规律,并对沉降控制效果及加固范围有效性进行了评价,结果表明:纵向地表沉降并非随隧道埋深的较小而增大;横向地表沉降变化曲线近似呈正态分布;地表历时沉降的变化规律为先微微隆起、后沉降,且第三阶段占总沉降量的比重最大;河床地表沉降控制效果良好,加固区范围合理。(6)利用数理统计的方法,分析了第150环地表沉降实测值与模拟值,结果表明:实测数据的地表沉降最大值与第三阶段的沉降量占比均小于数值模拟值,可以验证河床加固效果良好;实测数据与数值模型的横向地表沉降曲线与地表历时沉降曲线变化趋势一致,可以验证数值模型的正确性。