岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (6): 1615-1624.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1038

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于浆液浮力试验的盾尾管片纵向上浮特征研究

钟小春1,黄思远1,槐荣国2,朱诚3,胡一康2,陈旭泉2   

  1. 1. 河海大学 土木与交通学院,江苏 南京 210098;2. 中国中铁五局集团有限公司,湖南 长沙 410117; 3. 中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北 武汉 430058
  • 收稿日期:2022-07-05 接受日期:2022-09-15 出版日期:2023-06-14 发布日期:2023-06-14
  • 作者简介:钟小春,男,1976年生,博士,副教授,主要从事盾构施工技术方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.52178387,No.51678217)。

Longitudinal uplift characteristics of segments of shield tunnels based on buoyancy of grouting

ZHONG Xiao-chun1, HUANG Si-yuan1, HUAI Rong-guo2, ZHU Cheng3, HU Yi-kang2, CHEN Xu-quan2   

  1. 1. College of Civil and Transportation Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. China Railway No.5 Engineering Group Co., Ltd., Changsha, Hunan 410117, China; 3. CCCC Second Highway Consultants Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430058, China
  • Received:2022-07-05 Accepted:2022-09-15 Online:2023-06-14 Published:2023-06-14
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(52178387, 51678217).

摘要: 针对围岩地层中盾尾管片易发生大上浮的问题,基于自主研发的浆液浮力测试系统,得到浆液浮力的非线性变化规律,并基于等效连续梁理论建立能综合考虑浆液时变性、浆液上浮力的非线性分布特征、施工步累加效应的精细化盾尾管片纵向上浮模型,最后结合广州某地综合管廊盾构施工上浮实测结果,验证了该模型的可靠性。研究结果表明:随着浆液所受压差与所处地层渗透性的增大,浆液浮力消散速度呈现增大趋势,盾尾管片上浮量呈现减小趋势;盾构在强风化含砾砂岩地层中掘进时,上浮特征曲线满足先增大后减小,最后趋于稳定的规律,并且在20 kPa压差作用下,最大上浮量达151.74 mm,该位置距离盾尾39.2 m,最后在距离盾尾70 m附近上浮达到稳定,此时上浮量为145.2 mm;建立的盾尾管片纵向上浮模型进一步地揭示了浆液固结规律对其上浮特征的影响机制,与实测结果基本一致。该研究成果可用于盾尾管片上浮变形预测,为相似工程提供设计理论基础。

关键词: 盾构隧道, 管片上浮, 弹性地基梁, 同步注浆, 基床系数

Abstract: This study aims to investigate the problem that segment of shield tail is easy to float up in surrounding rock formation. Based on the self-developed gravity testing system of grouting, the nonlinear variation law of grouting buoyancy is obtained, and based on the equivalent continuous beam theory, a refined longitudinal uplift model of shield tail segment is established. The model can comprehensively consider the time-varying of grouting, the nonlinear distribution characteristics of grouting buoyancy and the cumulative effect of construction steps. The reliability of the model is verified by using the actual floating test results of shield construction in an underground pipe gallery in Guangzhou. The results show that with the increase of the pressure difference of the grouting and the permeability of the strata, the dissipation speed of the grouting buoyancy presents an increasing trend, and the uplift values of shield tail segment exhibits a decreasing trend. When the shield tunnels are in strongly weathered pebbly sandstone formation, the uplift characteristic curve follows the law of first increasing and then decreasing, and finally floating stably. Under an action of 20 kPa differential pressure, the maximum uplift value of segment is 151.74 mm, the value of which is 39.2 m away from the shield tail, and finally floating stably near 70 m away from the shield tail. At this time, the uplift value is 145.2 mm. The longitudinal model of segment upward movement further reveals the influence mechanism of grouting consolidation law on its uplift characteristics. The model has good reliability compared with the measured results. The results can be used to predict the uplift deformation of segment induced by grouting buoyancy and provide a theoretical basis for similar projects.

Key words: shield tunnel, segment uplift, elastic foundation beam, synchronous grouting, foundation coefficient

中图分类号: 

  • U455
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