本文選題：富水砂層 + 流砂層　； 參考：《山東大學》2017年博士論文

【摘要】：改革開放以來,我國經濟飛速發(fā)展,尤其是東部沿海地區(qū)人口數量急劇增加,造成交通擁堵、交通效率低下,制約著城市的進一步健康發(fā)展,因此修建地鐵軌道交通是城市發(fā)展的必然選擇。而在濱海城市中修建地鐵則經常會遇到富水軟弱砂層地質,由于其比較松散、粘聚力小、孔隙率大、滲透系數大、含承壓水等,隧道開挖擾動下極容易導致開挖面發(fā)生失穩(wěn)破壞,誘發(fā)涌水涌砂等工程災害。若處理措施不當,將導致地面塌陷、隧道塌方等工程事故,嚴重影響施工進度,并帶來惡劣的社會影響。鑒于此,富水砂層隧道開挖面穩(wěn)定性及注漿加固控制對策成為我國地下工程建設中的亟需解決的關鍵科學問題。本文采用現場調研,室內試驗,理論分析,數值模擬以及現場試驗相結合的研究方法,以青島地鐵2號線啤—苗區(qū)間為研究對象,對上覆流砂層隧道開挖面失穩(wěn)破壞機理及注漿加固控制對策進行了系統的研究,取得的一系列研究成果,具體體現在以下幾個方面:(1)在總結典型青島地鐵開挖面塌方案例的基礎上,對青島地鐵富水砂層段土體物理力學參數進行了全面系統的室內試驗研究,并重點研究了粉質粘土隔水層在不同含水率影響下力學性質的變化規(guī)律,同時與國內主要地鐵城市富水砂層性質進行對比,研究青島富水砂層由于沉積環(huán)境的不同造成的物理力學性質的差異,歸納青島地鐵隧道所處富水砂層的力學特性。(2)結合一般性涌水涌砂事故發(fā)生機理,研究了富水砂層發(fā)生一般性涌水涌砂事故存在客觀條件,對青島地鐵淺埋暗挖區(qū)間依次進行砂源、水源、通道及水動力分析;將動力學理論應用于富水砂層內部的滲流過程,通過建立模型及相關理論公式的分析,研究了涌水涌砂發(fā)生判據即顆粒尺寸與流速大小的關系,并從細觀角度揭示了青島地鐵隧道特殊富水砂層涌水涌砂災害的演化機制,從而對其發(fā)生涌水涌砂的可能性進行了客觀合理地評價。(3)考慮上覆飽水動態(tài)流砂層對隧道開挖面穩(wěn)定性的影響,構造出極限狀態(tài)下開挖面土體破裂機構,從功能轉化平衡的角度,研究了隧道開挖面穩(wěn)定性上限分析,并利用強度折減方法和重力加載方法,分別建立了隧道開挖面安全系數,得到了臨界土體破裂范圍及破裂模式;通過理論分析與計算,研究了不同開挖面土體粘聚力、內摩擦角、重度、隔水層厚度、流砂層水土壓力及隧道開挖高度等參數對上覆飽水動態(tài)流砂層地質條件下隧道開挖面穩(wěn)定性影響。(4)為進一步驗證理論推導的正確性,建立了多種數值計算模型,運用統計分析的方法研究了流砂層厚度、隔水層厚度,隔水層粘聚力、內摩擦角等不同影響因素下隧道開挖面變形失穩(wěn)、圍巖應力變化特征,得到了各因素對開挖面失穩(wěn)的影響關系和敏感指標;通過分析開挖過程中隧道拱頂—拱腰—開挖面應力和位移變形規(guī)律,引入了位移釋放系數和應力釋放率,揭示圍巖與開挖面在隧道開挖過程中的影響關系,分析研究開挖過程中圍巖與開挖面變形速率先后順序,探索了隧道空間變形特征。(5)結合前期理論分析和室內試驗研究成果,對青島地鐵富水砂層超前預注漿加固關鍵技術及注漿加固圈厚度等關鍵參數進行了系統研究,建立了地表變形控制與實時注漿參數動態(tài)響應機制。并基于砂層注漿加固參數與圍巖變形特征,通過數值模擬對比分析,優(yōu)選適用于上覆流砂層地質條件下開挖面的開挖工法,時結合鉆孔雷達、室內力學試驗、跟蹤監(jiān)測等手段對注漿控制控制效果進行評價,以確保隧道圍巖穩(wěn)定性,最終保證了隧道各區(qū)間的順利貫通,并取得了良好的效果,具有一定的指導意義。
[Abstract]:Since the reform and opening up, China's economy has developed rapidly, especially in the eastern coastal areas, the population number has increased dramatically, causing traffic congestion and low traffic efficiency, restricting the further healthy development of the city. Therefore, the construction of metro rail transit is an inevitable choice for urban development, while the construction of the subway in the coastal cities often meets the water and weakness. Sand geology, because of its loose, cohesive force, large porosity, large permeability coefficient, bearing pressure water, and so on. Under the disturbance of tunnel excavation, it is very easy to cause instability and damage of the excavation surface and induce water gushing and sand pouring. If the treatment measures are not appropriate, it will lead to ground collapse, tunnel collapse and other engineering accidents, which seriously affect the construction progress, and bring serious impact on the construction progress, and bring the construction progress seriously. In view of this, the stability of the excavation surface of the water rich sand tunnel and the control measures for grouting reinforcement are the key scientific problems to be solved in the construction of underground engineering in China. This paper adopts the research method of field investigation, indoor test, theoretical analysis, numerical simulation and field test, with the beer of Qingdao Metro Line 2 - The seedling interval is the research object. A systematic study is made on the failure mechanism of the excavation surface of the overlying tunnel and the control measures of grouting reinforcement. A series of research results obtained are embodied in the following aspects: (1) on the basis of a typical case of the typical Qingdao subway excavation face collapse, the soil physics of the water rich sand section of the Qingdao subway is carried out. The mechanical parameters are studied in a comprehensive and systematic laboratory, and the change law of the mechanical properties of the silty clay aquifers under the influence of different water content is emphatically studied. At the same time, it is compared with the nature of the main subway urban rich water sand layer in China, and the difference of physical and mechanical properties caused by the different sedimentary environment in the Qingdao rich water sand layer is studied. The mechanical characteristics of the water rich sand layer in Qingdao subway tunnel are summed up. (2) combining with the mechanism of general water gushing and sand pouring accident, the objective conditions for the occurrence of general water gushing and sand pouring accident in the rich water sand layer are studied. The analysis of the sand source, water source, channel and hydrodynamic force is carried out in order of the shallow underground excavation in Qingdao subway, and the theory of dynamics is applied to the rich. The seepage process in the water sand layer, through the analysis of the model and the related theoretical formula, has studied the relation between the criterion of sand gushing and the particle size and the velocity of flow, and reveals the evolution mechanism of the sand gushing and sushing disaster in the special rich water sand layer of Qingdao subway tunnel from the meso angle, thus the possibility of water gushing and sushing is carried out. Objective and reasonable evaluation. (3) considering the influence of the dynamic flow sand layer on the stability of the tunnel excavation surface, the soil fracture mechanism of the excavation face under the limit state is constructed. The upper limit analysis of the stability of the tunnel is studied from the angle of the function transformation balance, and the tunnel is established by the strength reduction method and the gravity loading method. Through theoretical analysis and calculation, the parameters of soil cohesive force, internal friction angle, gravity, water layer thickness, water and soil pressure of flow sand layer and tunnel excavation height are studied by theoretical analysis and calculation. (4) in order to further verify the correctness of the theoretical deduction, a variety of numerical calculation models have been established, and the deformation instability of the tunnel excavation surface and the characteristics of the surrounding rock stress change under different influence factors such as the thickness of sand layer, the thickness of the aquifers, the cohesive force of the aquifers, the internal friction angle and so on are studied by statistical analysis. By analyzing the stress and displacement deformation of tunnel vault, arch waist and excavation face during excavation, the displacement release coefficient and stress release rate are introduced, and the influence of surrounding rock and excavation surface on tunnel excavation is revealed, and the sequence of deformation rate of surrounding rock and excavation face in excavation process is analyzed and studied. The spatial deformation characteristics of the tunnel are taken into account. (5) combining the previous theoretical analysis and laboratory research results, the key parameters such as the key technology and the thickness of the grouting reinforcement ring are systematically studied, and the dynamic response mechanism of the surface deformation control and the real-time grouting parameters is established, based on the grouting of the sand layer. In order to ensure the stability of the grouting control by means of drilling radar, indoor mechanical test, tracking monitoring and so on, the stability of the tunnel surrounding rock is ensured and the various sections of the tunnel are ensured. It has achieved good results and has certain guiding significance.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U455.49

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本文編號：1944974