盾构管片上浮量理论计算模型及上浮控制措施研究

杨志勇杨星张长旺孙正阳江玉生邵小康

中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083

盾构隧道施工过程中,管片在脱出盾尾后经常会发生局部或整体上浮,导致管片错台、开裂、渗漏水,降低隧道的整体结构强度,影响管片的防水效果,缩短隧道使用年限[1-2]。管片上浮一直是困扰工程建设人员的重大难题,因此,建立管片的上浮量理论计算模型,分析管片上浮量影响因素并采取相应的抗浮控制措施,对盾构隧道的安全和质量有着重要意义[3]。

目前,国内外相关学者普遍认为,管片上浮是盾构开挖过程中引起的地层应力释放与同步注浆过程中产生的浆液浮力共同作用的结果[4-5]。在此基础上,各种力学简化模型与上浮机理也被广泛地提出。叶飞等[6-7]认为,抵抗隧道管片上浮的抗浮力主要由管片间的抗剪螺栓接头与上覆土产生的竖向围岩应力二者的共同作用,提出了管片局部抗浮的计算方法。肖明清等[8]采用二维有限元法,考虑了地层特性和注浆材料两个因素,对管片上浮过程进行了模拟,证明了管片上浮是水及浆液压力产生浮力作用的结果。舒瑶等[9]对南宁地铁盾构区间的管片上浮量进行数据分析,发现上浮量近似服从正态分布。梁禹等[10]考虑了管片上覆浆液和土体的压缩作用对管片截面进行了力学分析,得到了地质条件、浆液质量、螺栓剪力等计算参数对管片上浮量的影响。张君等[11]对管片结构在施工过程中的受力状态进行分析,将管片上浮分为管片封闭成环上浮、盾构千斤顶推进上浮、脱出盾尾后管片上浮、浆液初凝后管片上浮。……