TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度研究.pdf
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1、总第 期交通科技 第期 收稿日期:第一作者:刘邦(),男,高级工程师。穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度研究刘邦(中国水利水电第八工程局有限公司长沙 )摘要文中基于 对全断面隧道挖掘机穿越中风化花岗岩的最小覆岩厚度进行研究,通过个不同地质断面条件和改变覆岩层厚度分析隧道与地表位移特征。结果表明,在隧道与地表横向地层竖向位移特征中,拱顶同高度处横向地层竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,隧底同高度处横向地层竖向位移与覆岩层无关,横向地表竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,最大沉降值出现在左、右线隧道中间;在隧道与地表纵向竖向位移特征中,覆岩层上部土层厚度越大,隧道拱顶沉降越大,隧底
2、隆起值越大,地表沉降值越大;覆岩层越厚,隧道拱顶沉降越小,隧底隆起值越大,地表沉降值越小。文中在个不同地质断面条件下在覆岩层厚度取值为 犇、犇、犇、犇(犇为隧道外径)时位移特征均满足规范要求,因此 穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度可取 犇。关键词下穿中风化岩层最小覆岩厚度位移特征中图分类号 随着经济发展,盾构隧道在城市交通工程建设中越来越常见。其中当盾构隧道覆盖层厚度较小时,由于成拱效应的降低,可能引发塌方和涌水事故;覆盖层厚度较大则会加大隧道长度,增加工期和造价,而全断面隧道掘进机(,)掘进过程中,围岩应处于 级围岩中,因此对 隧道的最小覆岩厚度开展研究很有意义。目前学者主要对盾构隧道最小覆盖层
3、厚度进行了研究。郭彩霞等针对水下隧道长期赋存于富水环境中,围岩的力学性质较差,地层成拱能力降低的特点,综合考虑水、土、注浆浆液的动态影响,通过对颗粒流数值模拟结果进行分析,给出了水下盾构隧道合理覆土厚度和最小覆土厚度临界值的判定依据和条件;等基于尖点突变理论,研究了不同软土厚度和开挖跨度下的最小覆盖厚度;李云鹏等通过简化计算法、改进计算方法和修正考虑注浆力计算法研究了覆土厚度的取值范围,表明了改进计算方法和修正考虑注浆力计算法较为合理;李金等依托位于孟加拉湾入海口的某大直径盾构隧道,根据经验及分析确定糙率、流量等参数,通过数值模拟并基于多种规范要求得到了满足抗浮要求的最小覆土厚度;程长清等针对
4、传统的最小覆盖层厚度算法的不足,提出基于采用弹塑性力学方法的优化算法,该优化算法综合考虑了黏聚力、内摩擦角、地质强度指标、施工扰动等因素的影响,得到了更加符合实际情况的最小覆盖层厚度;杨自友等通过综合考虑中间主应力系数狀、渗流体积力狆及剪胀系数等的影响,采用统一强度理论和犇 犘准则,根据应力、位移连续性条件,计算得到了最小覆盖层厚度犺;陈小羊等以土体压缩基本概念,通过假定盾构推进过程中进入土舱的土体全部来自于盾构机上方影响范围内的土体且将土舱全部填满,理论计算得出了盾构上覆土层最小厚度的计算公式。以上学者通过工程对比、理论计算和数值模拟已经得到了许多计算最小覆盖层厚度的方法,但是以上研究中很少
5、涉及最小覆岩层厚度,为了研究盾构穿越中风化岩层的最小覆盖岩层厚度,本文以期利用数值模拟通过调整隧道埋深得出最小覆岩厚度。工程背景穗莞深城际机场至前海段西乡站宝安站区间,左线线路长 ,右线线路长 ,区间隧道净距 ,原计划投入台 复合土压平衡盾构施工,自宝安站始发,于西乡站接收。本文选取 穿越地层的个断面进行研究,穿越地层的地质剖面图见图。图地质剖面图隧道管片外径、内径、厚 、环宽。隧道顶部埋深 ,由上至下地质为杂填土淤泥质黏土中粗砂全风化花岗岩强风化花岗岩(碎块状)中风化花岗岩微风化花岗岩,隧道主要穿越地质为全风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。由于实际工程工期不足,为了
6、加快进度,现拟调整为 双模盾构,采用 模式掘进全断面硬岩地层,预计全断面硬岩地层综合掘进指标将由 月提高至 月,可显著节省全断面硬岩的掘进工期。隧道采用双模盾构 模式掘进时,遇上尺寸较小的块状强风化 凹槽,为节约工期及成本,不进行模式转换,而是采取先注浆加固使其具备自稳能力再通过。为了确定在 模式下穿越中风化花岗岩的稳定性,本文通过调整隧道埋深对 穿越中风化花岗岩的最小覆岩厚度进行研究。数值模拟本文采用 建立三维有限元模型进行数值模拟。模型以隧道掘进方向为犡轴,垂直掘进方向为犢轴,竖向为犣轴建立计算坐标系。为充分考虑边界效应,确定犡向取,犢向取 ,犣向取,总体模型图见图。图总体模型图下文将通过
7、调整隧道埋深以确定最小覆岩层厚度,将中风化花岗岩视为硬岩,其他岩土层均视为土层,图中岩面线为中风化花岗岩与其他岩土层的分界线。岩土体采用摩尔库仑模型,根据现场勘探数据,个地层断面属性见表,分别按照个不同断面的实际地层进行数值建模,同时地层分别按照表的实际数据分层赋予参数。表断面岩土物理力学参数表断面土层名称层厚重度()变形模量 泊松比黏聚力 内摩擦角()杂填土 中粗砂 砂质黏性土 全风化花岗岩 中风化花岗岩 杂填土 粉质黏土 中粗砂 砂质黏性土 全风化花岗岩 中风化花岗岩 杂填土 中粗砂 砂质黏性土 全风化花岗岩 强风化花岗岩 中风化花岗岩 杂填土 粉质黏土 砂质黏性土 全风化花岗岩 强风化花
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