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盾构穿越软土地层预加固数值模拟与变形控制

吴永哲 靳贻杰 张志宇 王岩梓 杨平

吴永哲, 靳贻杰, 张志宇, 王岩梓, 杨平. 盾构穿越软土地层预加固数值模拟与变形控制[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(1): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.004
引用本文: 吴永哲, 靳贻杰, 张志宇, 王岩梓, 杨平. 盾构穿越软土地层预加固数值模拟与变形控制[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(1): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.004
Wu Yongzhe, Jin Yijie, Zhang Zhiyu, Wang Yanzi, Yang Ping. Numerical Simulation and Deformation Control of Shield Tunneling Through Soft Soil Layer Pre-reinforcement[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(1): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.004
Citation: Wu Yongzhe, Jin Yijie, Zhang Zhiyu, Wang Yanzi, Yang Ping. Numerical Simulation and Deformation Control of Shield Tunneling Through Soft Soil Layer Pre-reinforcement[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(1): 22-29. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.004

盾构穿越软土地层预加固数值模拟与变形控制

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.004
基金项目: 国家自然科学基金(51709088);中交隧道局科研项目(FSGDJT-3202-2-JS-08)
详细信息
    作者简介:

    吴永哲,男,1978年生,朝鲜族,吉林和龙人,大学本科,高级工程师,从事公路、铁路、轨道交通技术研究。E-mail:1627255299@qq.com

    通讯作者:

    杨 平,男,1964年生,汉族,江西樟树人,硕士,教授,从事环境岩土与地下工程的教学与研究工作。E-mail:yangping@njfu.edu.cn

  • 中图分类号: U455.43

Numerical Simulation and Deformation Control of Shield Tunneling Through Soft Soil Layer Pre-reinforcement

  • 摘要: 依托佛山地铁3号线创驹区间盾构隧道工程,采用数值模拟得到不同加固方式下的地表沉降和隧道变形,研究了盾构穿越全断面软土地层时的变形规律,提出一套盾构安全穿越加固建议,并结合现场实测,验证了模拟结果的正确性。研究表明:盾构在全断面软土地层中推进时,地表沉降、隧道拱顶沉降和水平收敛值均不断增大,且主要发生在盾构通过时及盾尾管片脱出后,同时该段也是预加固的主要作用范围;先行隧道对地表沉降影响大于后行隧道;盾构穿越未加固土层时地表沉降、隧道拱顶沉降、水平收敛最大值分别为27.7 mm、13.78 mm、10.57 mm,采用超前预注浆加固时各变形分别为未加固的57.0%、69.1%、61.0%,采用三轴搅拌桩预加固时各变形分别为未加固的32.1%、50.2%、43.0%,预加固可有效控制变形,且三轴搅拌桩变形控制优于超前预注浆加固。当盾构区间地面环境复杂,不具备地面加固条件时,建议采用超前预注浆加固控制地表沉降量及隧道变形。

     

  • 图  1  隧道穿越地层示意图

    图  2  三轴搅拌桩加固体及几何模型图

    图  3  超前预注浆加固体及几何模型图

    图  4  不同加固方式下盾构掘进12 m时竖向位移云图(单位:mm)

    “-”代表土体沉降,“+”代表土体隆起

    图  5  不同加固方式下地表最终沉降分布曲线

    图  6  不同预加固方式隧道最大变形量分布曲线

    图  7  测点平面布置示意图

    图  8  地表沉降对比

    图  9  隧道变形对比

    表  1  土层物理力学参数

    上层名称厚度/m重度γ/(kN·m−3切线模量/MPa割线模量/MPa卸载模量/MPa黏聚力/kPa内摩擦角/(°)剪切模量/MPa
    杂填土3.018.204.046.0632.326.0015.0080.80
    淤泥质粉细砂17.017.303.004.5024.005.0024.0060.00
    淤泥质土27.517.102.503.8020.0012.708.0050.00
    淤泥质中砂7.818.203.324.9836.564.5026.5066.40
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    表  2  材料物理力学参数

    名称材料模型厚度/m重度γ/(kN·m−3弹性模量E/MPa泊松比ν剪切模量G/(kN·m−2
    盾构机盾壳线弹性0.351202.3×104011.5×106
    水泥土加固体莫尔库仑201650.260×103
    混凝土管片线弹性0.35273.1×1040.1
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    表  3  地表沉降随距离变化曲线拟合系数

    地表沉降拟合系数R2
    横断面s0axcw0.978
    −0.678−34.608−1.2475.000
    纵断面bcd0.976
    −9.360−10.0930.941
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    表  4  隧道变形随掘进距离变化曲线拟合系数

    加固方式拱顶沉降水平收敛
    a1b1a1b1
    未加固−20.100.972−12.000.953
    三轴搅拌桩预加固−7.730.944−5.760.965
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-28
  • 修回日期:  2023-04-12
  • 录用日期:  2023-07-14
  • 网络出版日期:  2024-02-05
  • 刊出日期:  2024-02-05

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