盾構隧道穿越上軟下硬地層擾動機理及應對措施研究.pdf

1、上軟下硬地層是盾構隧道施工中經常遇到的一種特殊地質條件，由于開挖面地層特性的不均一性，在“軟硬不均地層”中盾構掘進過程中，常常出現(xiàn)盾構姿態(tài)不佳、管片局部應力集中甚至發(fā)生破損、地表沉降難以控制等諸多難題，使得施工質量及工期等難以得到保障。探明盾構在上軟下硬地層掘進過程中對周圍地層的擾動機理及管片襯砌結構的受力特性，對于提升盾構隧道在上軟下硬地層安全快速掘進具有重要意義。
　　論文以深圳地鐵7號線西西區(qū)間盾構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，從宏觀和細觀層面上對上軟下硬地層中盾構掘進引起的地層擾動機理進行了系統(tǒng)分析，對上軟下硬地層盾構施工中的地層改良進行了探討，并通過將不同掘進參數(shù)對地層擾動的影響與現(xiàn)場對掘進參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據相結合，開展了盾構穿越上軟下硬地層掘進參數(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掘進對地層的擾動機理進行理論分析，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掘進所引起的

3、擾動影響，在盾構掘進引起地層擾動分區(qū)的基礎上，提出了上軟下硬地層中盾構掘進引起的地層擾動分區(qū)。
　　2、對巖性地層進行細觀參數(shù)標定，采用顆粒流離散元分析軟件PFC建立土壓平衡盾構機（包括刀盤、刮刀、滾刀、土倉及盾殼等結構）—上軟（軟巖）下硬（硬巖）地層的三維離散元精細化模型，考慮滾刀破巖機理，提出了滾刀模型先隨刀盤平動和轉動微小時段再自轉相同步數(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)、顆粒位移及地層應力的變化對上軟下硬地層中盾構掘進引起的地層擾動進行了對比分析，探明了上軟下硬地層硬巖占比不同條件下盾構掘進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參數(shù)下盾構掘進引起地層擾動進行了對比分析，探明了加固軟弱地層對有效降低盾構掘進對地層變形及管片內力的影響，并結合掘進參數(shù)的現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據，給出了盾構穿越上軟下硬地層時盾構頂推力、掘進速度與