盾構掘進載荷特性及管片施工期上浮規律研究（摘要）

隨著城市化進程的加快，盾構隧道在我國需求越來越大。盾構法因其獨有的特點，在隧道施工過程中還存在掘進載荷難以確定、圍巖特征難以明確、管片施工期上浮頻繁等問題。因此，開展盾構隧道掘進載荷特性及管片施工期上浮規律研究十分必要。

本文采用多種研究手段，對盾構隧道掘進載荷特性及管片施工期上浮規律進行了系統的研究。主要工作有：

1）基于盾構施工過程中盾構與圍巖的相互作用規律，研究了盾構正常掘進時千斤頂推力和刀盤扭矩的計算方法，提出了能全面反映地質參數、操作參數、刀盤結構等重要參數影響的總推力和刀盤扭矩計算修正公式，并以深圳地鐵二號線東延段某區間施工參數為基礎，對其在復雜地質條件下的適用性進行了驗證。

2）結合深圳地鐵二號線東延段某區間隧道盾構掘進實踐，對盾構掘進參數與開挖面土體的軟硬程度、刀盤刀具與圍巖的摩擦效應之間的關系進行了分析。定義推力因子為盾構掘進總推力與貫入度的比值，以此來表征圍巖的軟硬程度；定義扭矩因子為刀盤扭矩與總推力與刀盤直徑的積的比值，用以表征圍巖與刀盤的摩擦作用。在此基礎上，提出了基于土壓平衡盾構掘進參數開挖面土體分類方法。

3）根據施工階段管片的受荷特點，基于荷載結構模型，建立了包含管片與螺栓、盾構機作用、漿液和水土壓力作用的管片施工期上浮三維分析模型，并采用ABAQUS軟件建立了三維有限元計算模型。對管片施工期上浮變形及其引起的管片環接頭變形進行了分析，并探討了漿液初凝點位置、千斤頂總推力和螺栓預緊力等因素對管片上浮量的影響規律：減小漿液初凝點與盾尾的距離對控制管片上浮最為有效；當千斤頂總推力較小時，可以通過增加千斤頂總推力來進行上浮控制；增加螺栓預緊力對管片上浮量的減小比較有限。

4）通過數值模擬對管片上浮引起的環接頭變形模式進行了研究，獲得了管片不同位置的上浮規律。管片施工期上浮變形可以分為線性發展段、圓弧發展段、變形穩定段，其中線性發展段管片環接頭以錯臺變形為主，圓弧過渡段以張開變形為主。在此基礎上，研究了與管片環接頭容許錯臺量和容許張開角相關的管片施工期容許上浮量。并對寧波地鐵、深圳地鐵兩種不同結構形式的管片容許上浮量進行了對比分析，發現管片結構形式對管片施工期容許上浮量影響較大。