發(fā)布時間：2020-03-12 03:30

【摘要】：在泥水平衡盾構(gòu)施工過程中,如何確保施工安全并減少對周邊環(huán)境的影響受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,地層土體穩(wěn)定性問題顯得尤為重要,但對于砂質(zhì)地層開挖面穩(wěn)定性的失穩(wěn)機(jī)制及其穩(wěn)定性分析尚處于經(jīng)驗階段。利用大尺寸模型試驗,研究了不同水頭高度(無水、0.9 m和1.1 m)下兩種地層中開挖面主動破壞的發(fā)展模式和受力情況。試驗中分析了不同水頭高度對開挖面主動破壞的影響,研究結(jié)果表明:砂質(zhì)土層中盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)時,存在土拱效應(yīng),使得地表對開挖面主動破壞的響應(yīng)存在滯后效應(yīng);根據(jù)水頭高度不同,可將砂質(zhì)地層中開挖面主動破壞發(fā)展模式劃分為無水模式、低水頭模式和高水頭模式;在形成泥膜和提供支護(hù)力的過程中,會在砂質(zhì)土層中產(chǎn)生超孔隙水壓力,在確定支護(hù)力時,應(yīng)在靜止土壓力和靜水壓力的基礎(chǔ)上,考慮超孔隙水壓力的影響。研究結(jié)果對確定開挖面極限支護(hù)壓力有重要的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

強(qiáng)度、開挖面水土壓力和泥水艙壓力等分布特性進(jìn)行模型試驗研究。通過在泥水艙內(nèi)部和開挖面上埋設(shè)水、土壓力傳感器，觀測開挖面失穩(wěn)過程中泥水艙壓力和開挖面前方水、土壓力的分布和發(fā)展情況。對觀測結(jié)果和盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行了研究，討論了泥水艙壓力、開挖面水、土壓力和不同要素（覆土厚度、水頭高度、泥漿配比和土體性質(zhì)等）間的關(guān)系。2試驗概況2.1模型制作及布置本文試驗采用獨立設(shè)計研發(fā)的泥水平衡盾構(gòu)試驗系統(tǒng)進(jìn)行。包括模型土箱、泥水平衡盾構(gòu)模型機(jī)及其推力系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、測試系統(tǒng)組成，具體布置見圖1。根據(jù)相似比計算得到的模型箱尺寸數(shù)據(jù)，由2cm厚有機(jī)玻璃板焊接而成，并用三角鋼設(shè)置了橫向和縱向的鋼肋，以保證其有足夠的剛度。盾構(gòu)模型由前端細(xì)格柵、緩沖區(qū)和氣液壓力室組成，模型圖1試驗系統(tǒng)組成簡圖（單位：cm）Fig.1Sketchofexperimentsystem(unit:cm)盾構(gòu)機(jī)直徑為50cm。氣液壓力室內(nèi)安設(shè)土壓力計用以量測艙壓，氣液壓力室與注漿管直接相連，進(jìn)氣管與出氣管均與氣囊相連。泥漿循環(huán)系統(tǒng)由泥漿槽和調(diào)壓組合閥組成，調(diào)壓組合閥由4個閥門組成，可方便地通過調(diào)節(jié)調(diào)壓組合閥將注漿壓力調(diào)至所需壓力，將泥漿池內(nèi)泥漿注入到地層中。同時，艙壓的穩(wěn)定由位于氣液壓力室內(nèi)的氣囊進(jìn)行調(diào)節(jié)。試驗測試系統(tǒng)由傳感器和采集器組成。傳感器包括微型土壓力盒、YY-2B型孔隙水壓力計、GECO-16A多路數(shù)據(jù)采集儀等，采集儀能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)實時采集；地表土體位移采用高精度激光測距儀進(jìn)行觀測。在距離模擬開挖面大約3cm左右的豎向平面布設(shè)孔、土壓力傳感器，監(jiān)測開挖面土體的土壓力和孔隙水壓力變化情況，具體布設(shè)如圖2所示。同時，在泥水艙內(nèi)中間位置布設(shè)一個壓力盒，用于監(jiān)測艙壓的變化情況。試驗中采用高精度激光?

第8期劉泉維等：泥水平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性模型試驗研究2257(a)縱剖面示意圖(b)實物圖(c)橫剖面示意圖圖2傳感器布設(shè)圖Fig.2Thelayoutofsensors圖3地表監(jiān)測點分布Fig.3Thelayoutofgroundsettlementmonitoringpoints圖4顆粒級配曲線Fig.4Thegradingcurvesofparticles表1地層基本性質(zhì)Table1Basicpropertiesofstratum地層種類密度/(g/cm3)壓縮模量/MPa泊松比黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)中粗砂2.1225.00.330.735.0粉細(xì)砂1.9113.80.3018.728.7（2）制備地層。先將砂充分?jǐn)嚢杈鶆�，然后往模型箱�?nèi)填砂，分層夯實，20cm為一層，，并采用微型十字板剪切儀和普氏貫入儀進(jìn)行土層均勻性測試，每層土層表面剪切強(qiáng)度在6kPa左右，干密度為1.5g/cm3，然后加水飽和固結(jié)48h。（3）調(diào)節(jié)土層中水頭高度，同時按比例配置泥漿，并將泥漿膨化12h。（4）開始試驗，通過調(diào)壓開關(guān)，以一定的壓力將泥漿注入到泥水艙內(nèi)，透過格柵在砂層中形成泥膜。（5）由氣壓來維持艙壓穩(wěn)定，緩慢后撤盾構(gòu)機(jī)模型使其與開挖面脫離，此時開挖面的艙壓維持開挖面的穩(wěn)定。（6）調(diào)節(jié)注漿壓力來模擬開挖面失穩(wěn)的兩種情況，降低艙壓，則開挖面主動破壞。（7）試驗過程中進(jìn)行艙壓、開挖面土壓、孔隙水壓力等方面的動態(tài)監(jiān)測；模型試驗前、中、后，分別進(jìn)行砂層貫入強(qiáng)度、微型十字板剪切強(qiáng)度、地表位移的觀測。（8）最后將模型箱內(nèi)土體進(jìn)行剖切分層取樣，找出泥漿滲透范圍及路徑，并對泥膜進(jìn)行取樣，進(jìn)行相關(guān)土工試驗，測試其物理力學(xué)性質(zhì)。按照以上方法，在覆跨比C/D0.6、1.0（其中：C為覆土厚度，D為隧道直徑），水頭高度h0、0.9、1.1m時分別在兩種土層中進(jìn)行試驗，研究開挖面主動破壞和被動破壞時極限支護(hù)力、土拱效應(yīng)及地表沉降發(fā)展規(guī)律。3?

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本文編號：2586433