盾尾刷更换时冻土帷幕强度数值分析_胡俊_张皖湘

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1、胡俊等:盾尾刷更换时冻土帷幕强度数值分析123DOI:10．13905/j．cnki．dwjz．2015．06．046盾尾刷更换时冻土帷幕强度数值分析1，22胡俊，张皖湘(1．海南大学土木建筑工程学院，海口570228;2．中铁时代建筑设计院有限公司，安徽芜湖241001)【摘要】盾构长距离掘进对盾尾刷造成过大磨损时会使其因失去密封作用而需更换，盾尾刷更换的难点在于管片拆卸后盾尾的密封止水加固。本文结合某过江隧道盾尾刷更换工程，对该工程承压含水层范围内的冻土帷幕进行强度验算，按是否考虑0.3MPa的承压水压力分两种情况进行三维数值模拟，主要得出:两种情况下σx、σy、σz方向的应力基本全部为

2、压应力，拉应力值太小，可忽略不计;最大压应力值均为1.47MPa，最大剪应力值均为0.49MPa;拉、压、剪应力值的安全系数均远大于2，其安全储备得以保证。更换盾尾刷时冻土帷幕能够起到很好的止水和稳定地层作用，其设计温度和厚度满足强度要求。所得结果为今后类似工程设计提供了理论依据。【关键词】盾尾刷更换;冻土帷幕;应力场;数值模拟【中图分类号】TU475.2【文献标识码】B【文章编号】1001－6864(2015)06－0123－030引言漏浆并伴随油脂、同步注浆浆液和少量砂砾的泥浆被由于管片拼装不当、盾构长距离掘进等原因，盾尾挤出的现象，需采用更换并增加盾尾刷的措施，以保证刷会不可避免的出现

3、损坏，根据经验，在盾构正常运作后续盾构掘进的安全。此时盾构隧道上覆土层厚度约状态下盾尾刷的寿命一般在2.5km左右。盾尾刷的为22.9m，主要为粉土和砂性土层。盾构穿越土层自损坏会导致盾尾密封性下降，严重的会影响盾构正常上而下依次为:⑤-2粉质粘土层、⑥-1粉质粘土层、⑦-掘进，在这种情况下，需对损坏的盾尾刷进行更换。以1粉质粘土夹粉砂层、⑦-2粉细砂层、⑧-1圆砾层。往的工程实践中盾尾刷更换大都采用加大盾尾同步⑤-2粉质粘土层和⑥-1粉质粘土层的自稳性较好，但注浆量以及改变注浆配比以加快浆液凝固等措施。现盾构底部位于⑦-1粉质粘土夹粉砂层、⑦-2粉细砂层在，人工冻结法开始运用到盾尾刷更换施

4、工中来。胡和⑧-1圆砾层，地下水丰富且为承压水(实测承压水［1］向东等对上海长江隧道长距离盾构掘进中盾尾刷压力为0.3MPa)，地层渗透系数大，对盾尾密封具有更换冻结法施工温度场进行了三维有限元数值分析，非常不利的影响，是更换盾尾刷的重大风险源之一。对此特殊冻结法的可行性和可靠性进行了论证。陈成经研究，在盾尾刷更换时采用人工冻结法进行地［2，3］等结合杭州庆春路过江隧道盾尾刷更换工程，对层止水加固。冻结方案采用36个冻结孔，分为5组。液氮冻结盾尾密封加固温度场进行了数值模拟，研究冻结孔开孔间距0.9m，终孔间距为1.1m，孔深1.1m，了温度空间分布及温度随时间变化规律，给出了在高进入土层0

5、.6m，进气管为40×4低温不锈钢软管，长承压富含水层地层中采用长距离液氮冻结加固封水400m;排气管为108×5的R304不锈钢管，长400m。的冻结参数和工艺，并进行了冻结温度场现场实测。冻结孔严禁碰到止浆板，不能打坏盾尾外壳。冻结孔由此可见，盾尾刷更换冻结法止水作为一种新的工法布置如图1所示。开始慢慢被各个施工单位所采用，关于该工法的研究2三维数值模型的建立大多集中在冻土帷幕温度场的数值分析上，关于所形由于该工程复杂，土层条件差，为了确保施工过程成冻土帷幕强度的三维数值分析研究尚少。本文结合万无一失，需对该工程承压含水层范围内冻土帷幕进某过江隧道盾尾刷更换工程，对该工程承压含水层范

6、行强度验算。因此对冻土帷幕进行应力场分布情况的围内的冻土帷幕进行强度验算，按是否考虑0.3MPa三维有限元数值分析，并根据计算结果进行强度验算。的承压水压力分两种情况进行三维数值模拟，以判断2．1基本假定这两种情况下冻土帷幕设计温度和厚度是否满足强计算中基本假定如下:①冻土帷幕为－15℃的等度要求。温体;②冻土为Mohr-Coulomb模型材料;③对于平均1工程背景温度为－15℃的冻土，根据从南京、苏州和杭州取土进某过江隧道采用2台Φ11.65m的大直径泥水平行的冻土试验，按经验冻土强度指标取为单轴抗压强度［4，5］衡盾构机施工，其中右线盾构机在掘进途中出现盾尾5.0MPa，抗弯(拉)强度2

7、.0MPa，抗剪强度1.5MPa。［基金项目］海南省自然科学基金资助项目(514205);留学人员科技活动项目择优资助(启动类)(人社厅函［2014］240号);海南大学中西部计划学科建设项目(ZXBJH－XK011);海南省教育厅高等学校科研项目(Hnky2015－10)124低温建筑技术2015年第6期(总第204期)(3)计算模型。本模型直接建立冻土帷幕进行计算，冻土帷幕形状大致为一圆环柱状，圆环柱状长