论文部分内容阅读
随着“交通强国战略”的实施，我国高速公路建设进入发展快车道，这对于复杂地质条件下的公路隧道建设提出了更高的要求。软弱浅埋段作为隧道建设的重难点，在暗挖通过时极易出现掌子面坍塌、涌水等事故，高压旋喷桩加固技术能够有效对隧道浅埋段围岩进行加固，但是目前对隧道浅埋段高压旋喷桩法地表加固机理尚不清楚，对浅埋段加固后的加固效果尚无完善合理的评价体系。
论文依托交通运输部国家级的重点科技项目《长大隧道软弱浅埋段高压旋喷桩法地表加固关键技术及效果评价研究》(项目编号：2019-MS1-017)，采用理论分析、现场试验、现场监测及数值计算等研究方法，对其加固机理、施工关键参数、设计方法、效果检测方法进行深入研究，建立了一套基于模糊－层次综合评判法(FAHP)的隧道浅埋段高压旋喷桩法地表加固技术的效果综合评价方法。论文所做工作及取得的主要成果如下：
(1)结合旋喷桩成桩机理和力学理论分析，提出了高压旋喷桩法对浅埋段围岩加固的微观、宏观以及整体加固机理。微观加固机理为：高压浆液对围岩的切割搅拌作用和高压浆液对围岩的挤压渗透作用，基于圆孔扩张理论给出挤压区域的应力位移场公式；宏观加固机理为：竖向布桩下，围岩压力通过高压旋喷桩转移到基岩中，在隧道浅埋段暗挖过程中形成土拱，充分发挥加固后围岩的自稳能力，起到加固围岩的作用；斜向布桩下，桩体相当于一端固接的悬臂梁，对围岩起到悬挑作用，承担大部分围岩压力，减小支护结构受力；整体加固机理，包括三个方面：围岩强度的提高、围岩渗透性的降低、围岩受力模式的改善。
(2)通过数值模拟研究，设置三种不同竖向布桩间距工况，分析不同工况下桩体和围岩的应力位移规律。研究表明：桩间距越小，拱顶、地表沉降和边墙收敛值越小；边桩应力远大于中间桩的应力；中间桩的竖向位移远大于边桩位移。设置竖向布桩与斜向布桩两种布桩方式，分析不同布桩形式下桩体和围岩的应力位移规律，研究表明：斜向布桩形式下桩体轴力较大，桩体承载力得到充分发挥；在同等加固效果下，斜向布桩的工程量较竖向工程量大大降低。
(3)通过关键技术参数现场试验对高压旋喷桩法施工关键参数进行研究，研究表明：浆液压力越大，桩体的强度越高；桩体提升速度越小，桩体的强度越高；旋转速度对桩体强度的影响并不明显；不同地层中桩体强度从大到小依次为：砂卵石地层＞全风化变质砂岩地层＞粉质黏土层；建议关键技术参数值为：浆液压力22~24MPa、提升速度18cm/min左右、旋转速度15r/min左右。
(4)通过不同布桩间距现场试验研究相离、相交、相切三种布桩间距对桩间土渗透性和强度的影响。研究表明：桩间距越小，桩间土透水率越小，桩间土强度提高率越大；对有防渗要求的隧道浅埋段高压旋喷桩法地表加固工程，建议采用相切的布桩间距。
(5)选取围岩强度提高、围岩整体性提高、围岩渗透性的降低作为准则层，桩体芯样抗压强度、桩间土抗剪强度提高率、桩间土声波波速提高率等七个指标作为指标层，构建了一套基于模糊－层次综合评判法(FAHP)的隧道浅埋段高压旋喷桩法地表加固技术的效果综合评价体系。
(6)新屋隧道浅埋段洞内外现场监测表明：地表加固后洞内支护结构受力大幅降低，最大围岩压力仅为56kPa，与理论计算值相比降低63%；地表沉降值和隧道洞内收敛值均满足规范要求，地表沉降最大值为5cm，拱顶沉降最终沉降值稳定在4.3cm，左右拱腰的收敛值稳定于3.2cm；围岩孔隙水压力大幅降低，加固后拱顶围岩孔隙水压力仅为3kPa、地下水位由地表以下2m降低至5.5m左右，验证了高压旋喷桩地表加固技术的可行性和加固效果。
论文依托交通运输部国家级的重点科技项目《长大隧道软弱浅埋段高压旋喷桩法地表加固关键技术及效果评价研究》(项目编号：2019-MS1-017)，采用理论分析、现场试验、现场监测及数值计算等研究方法，对其加固机理、施工关键参数、设计方法、效果检测方法进行深入研究，建立了一套基于模糊－层次综合评判法(FAHP)的隧道浅埋段高压旋喷桩法地表加固技术的效果综合评价方法。论文所做工作及取得的主要成果如下：
(1)结合旋喷桩成桩机理和力学理论分析，提出了高压旋喷桩法对浅埋段围岩加固的微观、宏观以及整体加固机理。微观加固机理为：高压浆液对围岩的切割搅拌作用和高压浆液对围岩的挤压渗透作用，基于圆孔扩张理论给出挤压区域的应力位移场公式；宏观加固机理为：竖向布桩下，围岩压力通过高压旋喷桩转移到基岩中，在隧道浅埋段暗挖过程中形成土拱，充分发挥加固后围岩的自稳能力，起到加固围岩的作用；斜向布桩下，桩体相当于一端固接的悬臂梁，对围岩起到悬挑作用，承担大部分围岩压力，减小支护结构受力；整体加固机理，包括三个方面：围岩强度的提高、围岩渗透性的降低、围岩受力模式的改善。
(2)通过数值模拟研究，设置三种不同竖向布桩间距工况，分析不同工况下桩体和围岩的应力位移规律。研究表明：桩间距越小，拱顶、地表沉降和边墙收敛值越小；边桩应力远大于中间桩的应力；中间桩的竖向位移远大于边桩位移。设置竖向布桩与斜向布桩两种布桩方式，分析不同布桩形式下桩体和围岩的应力位移规律，研究表明：斜向布桩形式下桩体轴力较大，桩体承载力得到充分发挥；在同等加固效果下，斜向布桩的工程量较竖向工程量大大降低。
(3)通过关键技术参数现场试验对高压旋喷桩法施工关键参数进行研究，研究表明：浆液压力越大，桩体的强度越高；桩体提升速度越小，桩体的强度越高；旋转速度对桩体强度的影响并不明显；不同地层中桩体强度从大到小依次为：砂卵石地层＞全风化变质砂岩地层＞粉质黏土层；建议关键技术参数值为：浆液压力22~24MPa、提升速度18cm/min左右、旋转速度15r/min左右。
(4)通过不同布桩间距现场试验研究相离、相交、相切三种布桩间距对桩间土渗透性和强度的影响。研究表明：桩间距越小，桩间土透水率越小，桩间土强度提高率越大；对有防渗要求的隧道浅埋段高压旋喷桩法地表加固工程，建议采用相切的布桩间距。
(5)选取围岩强度提高、围岩整体性提高、围岩渗透性的降低作为准则层，桩体芯样抗压强度、桩间土抗剪强度提高率、桩间土声波波速提高率等七个指标作为指标层，构建了一套基于模糊－层次综合评判法(FAHP)的隧道浅埋段高压旋喷桩法地表加固技术的效果综合评价体系。
(6)新屋隧道浅埋段洞内外现场监测表明：地表加固后洞内支护结构受力大幅降低，最大围岩压力仅为56kPa，与理论计算值相比降低63%；地表沉降值和隧道洞内收敛值均满足规范要求，地表沉降最大值为5cm，拱顶沉降最终沉降值稳定在4.3cm，左右拱腰的收敛值稳定于3.2cm；围岩孔隙水压力大幅降低，加固后拱顶围岩孔隙水压力仅为3kPa、地下水位由地表以下2m降低至5.5m左右，验证了高压旋喷桩地表加固技术的可行性和加固效果。