浅埋暗挖隧道穿越饱水砾砂层渗流—应力耦合分析及其注浆支护研究

随着城市地铁建设规模的不断扩大，建筑地域日益广阔，经常需要在松散、饱和、自稳能力非常差的砾砂层中修建地下工程。特别是青岛特有的地质条件下，隧道在其地层中开挖极易引起涌水、涌砂、塌方等工程事故，因此对浅埋暗挖隧道穿越饱水砾砂层的三维渗流-应力耦合分析及其注浆支护研究显得尤为重要。 本文在参考国内外相关文献资料的基础上，结合青岛特有的“上软下硬”地质条件，对青岛地铁三号线河河区间隧道穿越饱水砾砂层工程进行研究，通过理论分析、现场查勘、室内外试验及数值模拟等手段，探究砾砂层工程地质特性及物理力学特征；分析在渗流-应力耦合效应影响下浅埋暗挖隧道的施工力学效应和支护体系的稳定性，并进行注浆加固试验研究，得到主要结论如下： （1）青岛地区河河区间砾砂土较密实，湿度处于饱和状态，土体属于中压缩性土，对于全部处在砾砂层中的河河区间暗挖段隧道来说，土层的条件对开挖极为不利。 （2）数值计算结果表明，未考虑地下水渗流的模型分析结果与实际情况差别较大，对隧道的设计和施工均有较大影响；根据实际监测的地表位移值可知，渗流-应力耦合模型分析比较接近隧道开挖引起的土体实际变形情况，具有重要的指导意义。 （3）根据隧道各施工阶段的力学分析可知，河河区间隧道采用上、下台阶法进行左、右线同时开挖的施工组织设计是完全可行的，此外为保证河河区间隧道安全通过饱水砾砂层，建议采用降水、排水和堵水相结合的方式减小地下水对隧道施工的影响，每日掘进量为10-15m。 （4）由注浆浆液配合比试验得出，水灰比是决定浆液结石体抗压强度的主要因素。根据试验结果及设计要求建议河河区间隧道注浆浆液水灰比为1：1，水泥浆与水玻璃体积比为1:0.5，如有特殊情况则根据实际需要进行调整。通过现场全断面注浆试验的情况来看，注浆效果显著，可以很好地应用于实际工程。 本文通过理论分析、试验及数值模拟等方法分析得出的结论可为今后青岛地铁类似隧道工程的设计及施工提供一定的借鉴和参考。