盾構(gòu)隧道壁后注漿探測圖像識別及沉降控制研究.pdf

1、采用盾構(gòu)法在軟土層中建造隧道，會引起地層移動而導(dǎo)致不同程度的地面和隧道沉降。盾尾空隙壓漿不及時，壓漿量不足，壓漿壓力不適當(dāng)，使得盾尾處周邊土體向盾尾空隙移動是引起地層損失的主要原因，因此如何在注漿施工期間及時準(zhǔn)確的了解注漿分布就變得尤為關(guān)鍵了。論文以此為背景，提出利用探地雷達(dá)對盾構(gòu)隧道壁后注漿進(jìn)行無損探測，并且開展了一系列室內(nèi)測定和現(xiàn)場試驗、完成了探地雷達(dá)電磁波在壁后介質(zhì)中傳播的模擬及注漿分布對隧道、地表沉降影響的有限元分析。主要研究內(nèi)

2、容及取得的成果如下： 利用同軸探頭法和網(wǎng)絡(luò)分析儀對隧道壁后可能填充的注漿材料進(jìn)行介電常數(shù)測定，得到了注漿材料在不同探測頻率下、不同含水量和不同齡期時的介電常數(shù)值。在探地雷達(dá)探測常用的探測頻率(100MHz～1GHz)內(nèi)，漿液材料介電常數(shù)對探測頻率具有明顯的頻散特性，兩者符合指數(shù)關(guān)系。 通過室內(nèi)注漿分布模擬試驗，從注漿材料分布形態(tài)的差異，不同的探測時間以及可能存在的盾尾空隙等幾個主要方面進(jìn)行分析，總結(jié)出不同注漿形態(tài)在探地雷

3、達(dá)時程剖面圖中的成像規(guī)則。在數(shù)據(jù)處理上，利用二階DB小波多尺度分析抑制噪聲，準(zhǔn)確的得到目標(biāo)體的反射特征圖像。 在上述注漿模擬試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合基于時域有限差分法原理的GPR數(shù)據(jù)二維正演方法對隧道壁后注漿體的分布形態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的識別。 根據(jù)探地雷達(dá)電磁波在介質(zhì)中傳播的特性不同，即介質(zhì)界面反射在漿液層發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)的特點，以此作為注漿層目標(biāo)識別的依據(jù)，編寫了基于MATLAB的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的探地雷達(dá)對隧道壁后注漿層自動識別程序，并

4、在多個隧道工程探測結(jié)果中進(jìn)行應(yīng)用，均得到了較好的效果。 以上海地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道為研究對象，通過三維有限元程序(MARC)對隧道壁后的注漿施工對隧道和地表沉降變形的影響進(jìn)行了研究。著重分析了施工過程中注漿壓力對隧道結(jié)構(gòu)和地層變形的影響；注漿量與地層損失量之間的關(guān)系；注漿材料在凝固期間，彈性模量改變對隧道沉降變形的影響；并且對注漿層在縱向上分布出現(xiàn)的超注漿和欠注漿分別進(jìn)行三維有限元計算。此外，以上海市軌道交通9號線盾構(gòu)隧道工程為背景