許倩倩，程業(yè)春

(1.安徽三聯(lián)學(xué)院 交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230011；2.中建八局第一建設(shè)有限公司，安徽 合肥 230011)

同步注漿既有縱縫錯(cuò)臺(tái)管片錯(cuò)臺(tái)量三維有限元分析

許倩倩1，程業(yè)春2

(1.安徽三聯(lián)學(xué)院 交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230011；2.中建八局第一建設(shè)有限公司，安徽 合肥 230011)

為研究同步注漿壓力作用下既有縱縫錯(cuò)臺(tái)管片進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量及其影響，以南京市某盾構(gòu)隧道工程為例，選用四孔同步對(duì)稱注漿壓力為0.1～0.4MPa，采用ABAQUS軟件建立非對(duì)稱三維有限元模型，分別計(jì)算一環(huán)管片不同部位接縫既有錯(cuò)臺(tái)的三種工況在同步注漿壓力作用下進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量，并與無(wú)既有縱縫錯(cuò)臺(tái)管片錯(cuò)臺(tái)量對(duì)比分析。結(jié)果表明：1)同步注漿壓力作用下，受既有縱縫錯(cuò)臺(tái)影響，各接縫進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)最大值為無(wú)既有錯(cuò)臺(tái)管片的25倍；2)同步注漿壓力作用下，一環(huán)管片不同部位發(fā)生既有縱縫錯(cuò)臺(tái)，對(duì)該環(huán)管片其它接縫錯(cuò)臺(tái)量影響不同；3)針對(duì)不同既有錯(cuò)臺(tái)情況，可通過(guò)調(diào)節(jié)同步注漿各注漿孔注漿壓力，防止該環(huán)管片各個(gè)接縫產(chǎn)生更大錯(cuò)臺(tái)量，并降低既有錯(cuò)臺(tái)管片接縫進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量。

既有縱縫錯(cuò)臺(tái)；管片；同步注漿；錯(cuò)臺(tái)量；三維有限元分析

0 引言

管片縱縫錯(cuò)臺(tái)是盾構(gòu)隧道修筑過(guò)程中較常見施工主要問(wèn)題之一，主要危害表現(xiàn)在錯(cuò)臺(tái)處滲漏水，同步注漿過(guò)程漏漿，相鄰拼接管片應(yīng)力集中導(dǎo)致管片破損等。盾構(gòu)隧道建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)如隧道開挖階段、管片拼裝階段、同步注漿階段、后期運(yùn)營(yíng)階段等都會(huì)導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)的產(chǎn)生。

李云麗[1]研究得出管片縱縫錯(cuò)臺(tái)與隧道開挖階段的千斤頂頂力大小有關(guān)，并推導(dǎo)了相應(yīng)計(jì)算公式；秦建設(shè)[2]等對(duì)開挖階段盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與襯砌走向不協(xié)調(diào)導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)糾偏措施；王文淵[3]采用仿真軟件建立一環(huán)類矩形盾構(gòu)隧道管片的運(yùn)動(dòng)仿真模型，螺栓孔拼裝誤差對(duì)縱縫錯(cuò)臺(tái)的影響，并得到極限變形狀態(tài)下的縱縫錯(cuò)臺(tái)量；張仁鑫[4]對(duì)管片拼裝質(zhì)量引起的管片錯(cuò)臺(tái)做出相關(guān)研究，構(gòu)建出管片拼裝質(zhì)量可視化檢測(cè)技術(shù)。許倩倩[5]采用數(shù)值模擬方法對(duì)同步注漿階段無(wú)初始錯(cuò)臺(tái)管片錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)行計(jì)算，得出了不均勻注漿壓力作用下管片錯(cuò)臺(tái)規(guī)律。張強(qiáng)[6]采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，檢測(cè)盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中管片錯(cuò)臺(tái)量,得出管片錯(cuò)臺(tái)發(fā)生和發(fā)展規(guī)律；杜闖東[7]針對(duì)泥水盾構(gòu)隧道施工中出現(xiàn)的管片上浮和管片環(huán)與環(huán)之間規(guī)律性的錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題深入研究和分析其根源，并及時(shí)找到解決問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，消除了因管片上浮造成較大錯(cuò)臺(tái)的技術(shù)難題。

綜上所述，由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)姿勢(shì)不當(dāng)、管片拼裝時(shí)千斤頂頂力控制不當(dāng)，螺栓與螺栓空存在間隙，導(dǎo)致管片在同步注漿施工步之前已經(jīng)發(fā)生了錯(cuò)臺(tái)。同步注漿施工步中較大注漿壓力是否會(huì)造成前期施工過(guò)程中已經(jīng)錯(cuò)臺(tái)的管片進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)，目前對(duì)于該類問(wèn)題研究尚處于空白階段。既有錯(cuò)臺(tái)①*①既有錯(cuò)臺(tái)：指同步注漿之前的施工步，即開挖過(guò)程及管片拼裝過(guò)程產(chǎn)生的管片錯(cuò)臺(tái)。一旦未被發(fā)現(xiàn)或者及時(shí)修正，在同步注漿施工步將產(chǎn)生何種影響值得我們深入研究。因此，本文將采用ABAQUS在文獻(xiàn)[5]研究基礎(chǔ)上改進(jìn)三維非連續(xù)接觸有限元模型，對(duì)存在既有錯(cuò)臺(tái)管片同步注漿壓力作用下管片錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算結(jié)果引起工程界對(duì)同步注漿施工前管片錯(cuò)臺(tái)的檢查及糾偏的重視。并根據(jù)其錯(cuò)臺(tái)量變化規(guī)律給出該施工步“補(bǔ)救”措施，為實(shí)際工程中管片施工質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。

1 工程概況

為與前期研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，本文選用文獻(xiàn)[5]同一工程背景及材料參數(shù)，即以南京市某盾構(gòu)隧道開挖段土層及隧道埋深為7 m作為工程背景進(jìn)行研究。該工程中某環(huán)管片拼裝情況如圖1示。

封頂塊K圓心角為20°位于正上方，管片寬度1.2 m，厚度0.3 m。各管片縱縫采用彎曲螺栓連接，螺栓直徑為30 mm；其中H1，H2為同步注漿孔位置。

圖1 管片布置及注漿部位布置(mm)Fig.1 Segment and the grouting area layout

2 模型建立

2.1 計(jì)算工況

根據(jù)文獻(xiàn)[8]中總結(jié)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明管片的拼接過(guò)可能造成的管片接縫最大錯(cuò)臺(tái)量為10 mm左右，并且施工過(guò)程中規(guī)定，控制管片錯(cuò)臺(tái)量極限值也是10 mm。本章以同步注漿施工步之前綜合因素下造成10 mm錯(cuò)臺(tái)的管片為背景，設(shè)計(jì)如圖2所示三種計(jì)算工況。

(a). 工況一 (KB2接縫既有錯(cuò)臺(tái)10 mm示意)

(b).工況二 (c).工況三 (A3A2接縫既有錯(cuò)臺(tái)有 (B2A3接縫既 錯(cuò)臺(tái)10 mm示意) 10 mm示意) 圖2 既有縱縫錯(cuò)臺(tái)管片工況Fig.2 Both the longitudinal seam fault segment working condition

分別對(duì)這三種工況進(jìn)行四孔對(duì)稱同步注漿，即在管片上施加漿液擴(kuò)散壓力荷載，計(jì)算這三種工況下的一環(huán)管片各縱縫進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量。

2.2 有限元模型建立

本文主要研究既有縱縫錯(cuò)臺(tái)管片在同步注漿壓力下進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量的變化規(guī)律，因此簡(jiǎn)化實(shí)際工程中的土層為均勻粉質(zhì)土層，整體模型從內(nèi)到外依次為管片、注漿層、土層，其中管片縱縫之間采用彎曲螺栓連接。管片注漿為對(duì)稱注漿，但既有管片錯(cuò)臺(tái)計(jì)算工況導(dǎo)致模型為非對(duì)稱模型，取整體模型如圖3示。

圖3 整體模型Fig 3 The overall model

設(shè)計(jì)土層頂部路面荷載為50 kPa，為消除邊界效應(yīng)，模型選用的土層長(zhǎng)為100 m，高50 m。邊界條件為土層底部設(shè)置豎向和水平約束，土層左右邊界分別設(shè)置水平約束。

在建立模型過(guò)程中，土層、漿液層、彎曲螺栓、襯砌管片單元均設(shè)置為三維實(shí)體單元；其中，土層采用摩爾庫(kù)倫模型，注漿層、襯砌管片、彎曲螺栓均采用彈性模型。管片與管片縱向接縫、管片和注漿層、注漿層與土層之間均設(shè)置為接觸單元。另在管片拼裝縱縫之間切向行為使用摩擦系數(shù)為0.5[9]的罰摩擦公式，以模擬管片與管片之間的橡膠連接，法向行為設(shè)置為硬接觸，并允許接觸后分離。為模擬實(shí)際工程中的螺栓預(yù)緊力，在螺栓端頭施加100 kN并將彎曲螺栓與盾構(gòu)管片之間設(shè)置為綁定約束，螺栓和其中一管片網(wǎng)格細(xì)部劃分見圖4。

2.3 管片上漿液壓力施加

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[10]可知，南京盾構(gòu)隧道工程中的同步注漿壓力在0.2～0.35 MPa之間，因此，本文取注漿壓力范圍為0.1 MPa～0.4 MPa，并約定下述計(jì)算結(jié)果分析均在該注漿壓力范圍內(nèi)。分別將注漿壓力施加在2.1節(jié)中所述三個(gè)既有錯(cuò)臺(tái)工況的管片上。各個(gè)注漿管注漿壓力見表2。

圖4 管片及螺栓網(wǎng)格劃分Fig 4 Mesh of segments and bolts

H1注漿管注漿壓力p1(MPa)0.10.20.30.4H2注漿管注漿壓力p2(MPa)0.10.20.30.40.10.20.30.40.10.20.30.40.10.20.30.4

據(jù)前人研究成果顯示[11]，同步注漿壓力在管片上存在擴(kuò)散作用，并在一定時(shí)間范圍內(nèi)管片上漿液壓力沿?cái)U(kuò)散路徑成一定規(guī)律變化。為合理考慮注漿壓力在管片上的壓力擴(kuò)散情況，本文選用根據(jù)葉飛[11]等人推導(dǎo)的漿液擴(kuò)散半徑及注漿對(duì)管片產(chǎn)生的漿液壓力計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算。以注漿孔H1、H2注漿壓力均為0.2 MPa為例，取注漿時(shí)間在30 min(漿液擴(kuò)散過(guò)程中管片上漿液壓力較大時(shí)刻)[11]，計(jì)算管片所受注漿壓力隨擴(kuò)散半徑曲線，擬合得出環(huán)向管片上漿液壓力二次函數(shù)為：

y=-0.037x2+0.106

由于篇幅有限其他數(shù)據(jù)注漿壓力計(jì)算結(jié)果不在此一一列出。

通過(guò)ABAQUS軟件施加函數(shù)荷載，同步注漿壓力在管片上形成壓力分布示意如圖5示。

3 三種工況計(jì)算結(jié)果

根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果，取兩相鄰拼接塊接縫處相對(duì)位移作為管片接頭錯(cuò)臺(tái)量。

3.1 工況一縱縫錯(cuò)臺(tái)量計(jì)算結(jié)果分析

KB2接縫既有10 mm錯(cuò)臺(tái)時(shí)，整環(huán)管片各接縫在同步注漿壓力作用下進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量計(jì)算結(jié)果見表3，各個(gè)接縫錯(cuò)臺(tái)量變化規(guī)律有所不同，但同步均勻注漿時(shí)各個(gè)管片縱縫錯(cuò)臺(tái)量相對(duì)最小。

圖5 管片上注漿壓力分布示意Fig.5 The Pressure Distribution of Grouting on Segment

3.1.1 KB2接縫錯(cuò)臺(tái)量分析

如表3示，同步注漿壓力作用下，既有10 mm錯(cuò)臺(tái)的KB2接縫，在注漿壓力P1=P2時(shí)錯(cuò)臺(tái)量最小，且小于初始錯(cuò)臺(tái)量。同時(shí)│P1-P2│較小時(shí)，KB2接縫錯(cuò)臺(tái)量也小于初始錯(cuò)臺(tái)。結(jié)果說(shuō)明，同步注漿壓力P1=P2或│P1-P2│較小時(shí)，不僅可以阻止既有錯(cuò)臺(tái)管片KB2接縫進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)，而且可降低初始錯(cuò)臺(tái)量約0.3 mm～1.2 mm。若│P1-P2│壓力差較大時(shí)，KB2接縫將在初始錯(cuò)臺(tái)基礎(chǔ)上錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)一步增大。

3.1.2 KB1接縫錯(cuò)臺(tái)量分析

對(duì)于KB1接縫，由于受到KB2接縫既有錯(cuò)臺(tái)的影響，導(dǎo)致其在不均勻注漿壓力作用下錯(cuò)臺(tái)量在1.6 mm～3 mm，且隨注漿壓力差的增加錯(cuò)臺(tái)量有增加趨勢(shì)。

3.1.3 其它管片接縫錯(cuò)臺(tái)量分析

KB2接縫的10 mm既有錯(cuò)臺(tái)并未對(duì)管片中A3A2、A2A1接縫錯(cuò)臺(tái)造成較大影響；但對(duì)B2A3、A1B1接縫影響相對(duì)較大，在研究范圍內(nèi)其縱縫錯(cuò)臺(tái)量在0.1 mm～4.81 mm，且隨著注漿壓力P2的增大，兩接縫錯(cuò)臺(tái)量逐漸減小。

綜上所述：管片KB2接縫存在10 mm既有錯(cuò)臺(tái)時(shí)，對(duì)自身接縫及腰部管片接縫錯(cuò)臺(tái)影響較大。

建議若同步注漿施工步前出現(xiàn)工況一的初始錯(cuò)臺(tái)情況，應(yīng)盡量采用同步均勻注漿，不僅可減小KB2接縫既有錯(cuò)臺(tái)量，而且可降低其它接縫較大錯(cuò)臺(tái)量風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)需要采用不均勻注漿時(shí)，應(yīng)盡量減小上下注漿管注漿壓力差，同時(shí)應(yīng)盡量使上部注漿管注漿壓力小于下部注漿管注漿壓力(P1

表3 工況一計(jì)算結(jié)果Tab.3 Condition 1 results

3.2 工況二縱縫錯(cuò)臺(tái)量計(jì)算

A3A2接縫10 mm既有錯(cuò)臺(tái)時(shí)，整環(huán)管片在同步注漿壓力作用下進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 工況二計(jì)算結(jié)果Tab.4 Condition 2 results

由表4計(jì)算結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

1)A3A2接縫既有錯(cuò)臺(tái)后，在同步注漿壓力作用下，管片的縱向錯(cuò)臺(tái)量大小表現(xiàn)出如下規(guī)律：腰部接縫A1B1和接縫B2A3錯(cuò)臺(tái)量接近，封頂塊接縫B1K和接縫B2K錯(cuò)臺(tái)量接近。

2)均勻注漿時(shí)，一環(huán)管片中縱縫錯(cuò)臺(tái)量最??；且可以使A3A2縱縫10 mm的初始錯(cuò)臺(tái)降低0.3 mm～1.25 mm。非均勻注漿會(huì)導(dǎo)致該既有錯(cuò)臺(tái)接縫錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)一步增大。

3)受接縫A2A3既有錯(cuò)臺(tái)影響，在研究范圍內(nèi)，不均勻注漿時(shí)無(wú)初始錯(cuò)臺(tái)的接縫KB1、接縫KB2最大錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到13.27 mm，最大錯(cuò)臺(tái)量發(fā)生在注漿壓力│P1-P2│差值較大且P1-P2時(shí)；腰部接縫A1B1、B2A3錯(cuò)臺(tái)量受影響相對(duì)較小，錯(cuò)臺(tái)量小于2mm；接縫A1A2錯(cuò)臺(tái)量小于6mm，錯(cuò)臺(tái)量滿足隨注漿壓力差增大而增大的規(guī)律。

綜上所述：工況二的既有錯(cuò)臺(tái)，同步不均勻注漿時(shí)，對(duì)封頂塊接縫錯(cuò)臺(tái)量影響較大；對(duì)腰部接縫B2A3、接縫A1B1錯(cuò)臺(tái)量影響相對(duì)較小。另外，結(jié)果顯示注漿壓力P≤0.3 Mpa且│P1-P2│≤0.1 Mpa時(shí)，既有10 mm錯(cuò)臺(tái)的接縫A2A3錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)一步增大量較小，其他管片接縫錯(cuò)臺(tái)量也可以控制在5 mm范圍內(nèi)。

建議出現(xiàn)工況二情況時(shí)，同步注漿盡量均勻注漿；若采用非均勻注漿，上下注漿管注漿壓力差應(yīng)盡量小于0.1 Mpa，且保證上部注漿管注漿壓力稍大于下部注漿管注漿壓力(P1>P2)，同時(shí)同步注漿管的注漿壓力應(yīng)P≤0.3 Mpa。

3.3 工況三縱縫錯(cuò)臺(tái)量分析

B2A3接縫10 mm既有錯(cuò)臺(tái)時(shí)，整環(huán)管片在同步注漿壓力作用下進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量計(jì)算結(jié)果見表5。

由表5計(jì)算結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

1)均勻注漿作用下各個(gè)接縫錯(cuò)臺(tái)量最小。

2)在注漿壓力│P1-P2│較小或P2=P1時(shí)，接縫B2A3錯(cuò)臺(tái)量小于初始10 mm錯(cuò)臺(tái)，在本文研究漿液壓力范圍內(nèi)，錯(cuò)臺(tái)量減小約0.2 mm～1.5 mm。但在注漿壓力│P1-P2│較大且P1

3)管片接縫KB2受接縫B2A3既有錯(cuò)臺(tái)影響最大；當(dāng)注漿壓力│P1-P2│較大，且注漿壓力P1P2，且注漿壓力│P1-P2│≤0.1 Mpa時(shí)，KB2接縫錯(cuò)臺(tái)量會(huì)更小。

表5 工況三計(jì)算結(jié)果Tab.5 Condition 3 results

4)接縫A1B1、接縫A1A2、接縫A3A2、接縫KB1，均在均勻注漿時(shí)接縫錯(cuò)臺(tái)相對(duì)較小，且隨注漿壓力│P1-P2│增大錯(cuò)臺(tái)量有增加趨勢(shì)；在本文研究漿液壓力范圍內(nèi)，接縫KB1在上下注漿管漿液壓力差較大時(shí)最大錯(cuò)臺(tái)量為5.22 mm；接縫A1B1、接縫A1A2、接縫A3A2錯(cuò)臺(tái)量在0.1 mm～4.9 mm范圍。

綜上所述：B2A3接縫10 mm既有錯(cuò)臺(tái)時(shí)，對(duì)封頂塊KB2接縫錯(cuò)臺(tái)量影響最大；均勻注漿可以降低管片各個(gè)接縫錯(cuò)臺(tái)量，且可以一定程度的糾正管片B2A3接縫初始錯(cuò)臺(tái)量。

建議出現(xiàn)工況三情況時(shí)，盡量采用均勻注漿；若采用非均勻注漿時(shí)，注漿壓力│P1-P2│應(yīng)盡量小，且應(yīng)保證注漿壓力P1>P2。

3.4 三種工況計(jì)算結(jié)果分析

管片在拼接過(guò)程中造成的10 mm初始錯(cuò)臺(tái)，KB2接縫、B2A3接縫、A3A2接縫初始錯(cuò)臺(tái)后同步注漿壓力施工步前各個(gè)管片所受軸力情況與無(wú)初始錯(cuò)臺(tái)時(shí)管片受力情況對(duì)比見圖6。

各管片既有縱縫錯(cuò)臺(tái)工況下軸力圖分布及軸力大小計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)[12]中研究及實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度較高，進(jìn)一步說(shuō)明本文計(jì)算模型的正確性。

由圖6(a)所示，工況一作用下(KB2接縫10 mm既有錯(cuò)臺(tái))： KB1接縫軸力受KB2接縫既有錯(cuò)臺(tái)影響軸力突增，抑制了其在非均勻注漿壓力作用下的錯(cuò)臺(tái)，一直在2 mm～3 mm；當(dāng)上部右側(cè)注漿管注漿壓力較小時(shí)，不均勻的注漿壓力作用導(dǎo)致土層產(chǎn)生不均勻沉降，造成KB2更大的錯(cuò)臺(tái)，受到KB2接縫錯(cuò)臺(tái)及地層不均勻沉降影響KB1錯(cuò)臺(tái)量也大幅度增加。

2)由圖6(b)所示，工況二作用下(A2A3接縫10 mm既有錯(cuò)臺(tái))，B2A3接縫受到初始錯(cuò)臺(tái)影響，軸向力明顯增大，接縫KB1、KB2接縫處軸力相對(duì)有所減小。因此A3相對(duì)A2有初始錯(cuò)臺(tái)時(shí)，在同步注漿壓力作用下，腰部接縫B2A3錯(cuò)臺(tái)量較小，而接縫KB1、接縫KB2由于軸力減小以及自身剛度較小，易于錯(cuò)臺(tái)的特性，使得其錯(cuò)臺(tái)量變化較大。而既有錯(cuò)臺(tái)接縫A2A3，軸力在錯(cuò)臺(tái)后變化較小，同步注漿壓力作用下，接縫的錯(cuò)臺(tái)量則受不均勻注漿壓力影響較大。

圖6 有無(wú)初始錯(cuò)臺(tái)管片軸力對(duì)比圖Fig.6 A comparison of the forces acting on the initial misaligned segments

3)由圖6(c)所示，工況三作用下(B2A3接縫10 mm既有錯(cuò)臺(tái))，接縫A2A3軸力明顯增大，使其在同步不均勻注漿壓力作用下，上部注漿管注漿壓力小于下部注漿管時(shí)，錯(cuò)臺(tái)量較小，在1mm左右；但在注漿壓力P1>P2，接縫A2A3錯(cuò)臺(tái)量才有明顯增加，說(shuō)明此時(shí)相對(duì)于接縫處的軸向力，注漿壓力產(chǎn)生的接縫處切向力造成了該處的錯(cuò)臺(tái)。

4 三種既有錯(cuò)臺(tái)工況與無(wú)既有錯(cuò)臺(tái)工況對(duì)比分析

對(duì)于既有錯(cuò)臺(tái)管片，其受力情況發(fā)生了改變導(dǎo)致同步注漿壓力作用下，該環(huán)管片各接縫錯(cuò)臺(tái)量增加，且不同既有錯(cuò)臺(tái)工況對(duì)該環(huán)其他接縫的錯(cuò)臺(tái)量影響不同。存在初始錯(cuò)臺(tái)管片和無(wú)初始錯(cuò)臺(tái)管片在同步注漿壓力作用下，管片各個(gè)接縫錯(cuò)臺(tái)規(guī)律也不相同。因此本節(jié)取三種既有錯(cuò)臺(tái)工況和無(wú)既有錯(cuò)臺(tái)情況對(duì)比分析。

根據(jù)目前盾構(gòu)隧道施工情況，同步注漿壓力布置一般為下部注漿管注漿壓力稍大于上部，取盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中較為常用的注漿壓力布置方式進(jìn)行對(duì)比，即P1

由圖7中對(duì)比可以看出：

1)管片在拼裝環(huán)節(jié)存在既有錯(cuò)臺(tái)的三種工況及無(wú)既有錯(cuò)臺(tái)工況，在同步注漿壓力作用下，管片各個(gè)接縫縱縫錯(cuò)臺(tái)量雖然表現(xiàn)出不同的規(guī)律，但有既有錯(cuò)臺(tái)工況管片各個(gè)接縫錯(cuò)臺(tái)量均大于無(wú)既有錯(cuò)臺(tái)工況。說(shuō)明隧道開挖及拼裝過(guò)程中造成的管片縱縫錯(cuò)臺(tái)，在同步注漿施工步中，不僅會(huì)使初始錯(cuò)臺(tái)接縫錯(cuò)臺(tái)量繼續(xù)增加，同時(shí)會(huì)造成一環(huán)管片中其他縱縫錯(cuò)臺(tái)量的增加。

圖7 同步注漿壓力有無(wú)初始錯(cuò)臺(tái)管片縱縫錯(cuò)臺(tái)量對(duì)比Fig.7 Comparison of the Number of Longitudinal Stitches with the Original Stroke

2)取P1=0.2 Mpa，P2=0.3Mpa的注漿壓力作用下，管片既有錯(cuò)臺(tái)接縫外的其他接縫相對(duì)與無(wú)既有錯(cuò)臺(tái)工況的錯(cuò)臺(tái)量，工況一最大增大量為2 mm，工況二最大增大量為4 mm，工況三最大增大量為5.4 mm；同時(shí)，根據(jù)第3節(jié)數(shù)據(jù)分析可知在注漿壓力│P1-P2│較大情況下這種錯(cuò)臺(tái)增大量將更大。

5 結(jié)果與討論

通過(guò)數(shù)值模擬一環(huán)管片三種既有錯(cuò)臺(tái)工況，分別對(duì)其施加均勻及非均勻漿液壓力，計(jì)算相應(yīng)管片縱縫進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)量。得出以下結(jié)論：

1)某一接縫既有錯(cuò)臺(tái)管片在同步注漿壓力作用下，對(duì)同一環(huán)管片各接縫錯(cuò)臺(tái)量影響不同。受接縫既有錯(cuò)臺(tái)影響，各接縫進(jìn)一步錯(cuò)臺(tái)增大最大值是無(wú)既有錯(cuò)臺(tái)管片的25倍。主要原因?yàn)榧扔绣e(cuò)臺(tái)接縫改變了整環(huán)管片接縫處原有受力狀態(tài)。

2)各個(gè)接縫在同步注漿壓力作用下，錯(cuò)臺(tái)量變化規(guī)律均滿足規(guī)律。采用均勻注漿或上下注漿管注漿壓力差較小情況可以一定程度降低管片既有錯(cuò)臺(tái)量，同時(shí)可減小既有錯(cuò)臺(tái)管片接縫對(duì)該環(huán)其它管片接縫的影響。

3)三種工況下初始錯(cuò)臺(tái)管片，在同步注漿施工步中，除對(duì)自身既有錯(cuò)臺(tái)接縫的錯(cuò)臺(tái)量影響，同時(shí)還會(huì)造成該環(huán)管片其他接縫錯(cuò)臺(tái)量明顯增大，每種工況造成的影響范圍不同，但可在該施工步采用不同的注漿模式“緩解”既有錯(cuò)臺(tái)造成的影響。

(1)工況一除對(duì)拱底塊(錯(cuò)臺(tái)量在0.2 mm以內(nèi))影響較小外，對(duì)既有錯(cuò)臺(tái)接縫(增加錯(cuò)臺(tái)量最大13.88 mm)及其它接縫(最大錯(cuò)臺(tái)量達(dá)4.8 mm)均影響較大，且P1>P2時(shí)錯(cuò)臺(tái)更加明顯。該工況下，建議采用P1

(2)工況二對(duì)拱頂塊接縫KB2、接縫KB1影響較大，且對(duì)接縫KB1影響相對(duì)大于接縫KB2，最大達(dá)到17 mm；腰部接縫A2A3、 A2A1最大錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到6.54 mm。當(dāng)注漿壓力P≤0.3 Mpa時(shí)，且注漿壓力│P1-P2│較小時(shí)，接縫KB1、KB2、A1A2錯(cuò)臺(tái)量均可以控制在5 mm范圍內(nèi)。建議同步注漿管的注漿壓力p≤0.3 Mpa。

(3)工況三對(duì)接縫KB2錯(cuò)臺(tái)量影響最大，P1P2。

以上研究結(jié)果表明，應(yīng)對(duì)同步注漿施工步前的各施工步中造成的管片錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)格控制；并在同步注漿前檢測(cè)管片錯(cuò)臺(tái)量，對(duì)較大錯(cuò)臺(tái)管片進(jìn)行及時(shí)糾偏，以免后期工程施工及使用過(guò)程中造成更為嚴(yán)重的影響。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)管片縱縫錯(cuò)臺(tái)但未能及時(shí)修整時(shí)，應(yīng)針對(duì)管片錯(cuò)臺(tái)特點(diǎn)選取合適的同步注漿壓力對(duì)錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)行適當(dāng)糾偏。同步均勻注漿及各個(gè)注漿管注漿較小的注漿壓力差可視為較好的補(bǔ)救注漿方案。這一點(diǎn)與文獻(xiàn)[5]中觀點(diǎn)不謀而合。

另外，文中暫未涉及多環(huán)管片在同步注漿壓力作用下的環(huán)縫錯(cuò)臺(tái)情況，在以后研究工作中將更多注重多環(huán)管片拼裝的縱縫及環(huán)縫錯(cuò)臺(tái)共同作用研究。

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3D FEM Analysis on Longitudinal joint initial misalignment afterSimultaneous grouting

XU Qian-qian1,CHENGYe-chun2

(1.AnHuiSanLianUniversity,Traffic Engineering College ,AnHui, HeFei,230011, China;2.The First Construction Co., Ltd of China Construction Eighth Engineering Division,AnHui, HeFei,230011,China)

In order to study the effect of simultaneous longitudinal grouting on the misalignment and the influence of the grouting pressure.Taking a shield tunnel project in Nanjing as an example, four-hole simultaneous symmetry grouting pressure of 0.1 ～ 0.4MPa was used to build the asymmetric three-dimensional finite element model with ABAQUS software.And the difference of the number of misalignment between the two segments is calculated and compared with that of the existing one.The results show that;1) The effect of simultaneous grouting pressure is affected by both the vertical and horizontal joints, and the maximum of the seams is 25 times of that of the non -;2) Under the action of synchronous grouting pressure, the longitudinal stitching is different in different parts of one ring piece, and the influence on the other joints is different;3) For different situations, the grouting pressure of each grouting hole can be adjusted by simultaneous grouting, so as to prevent the seams of the ring pipe from generating more stagger and reduce the joint The amount of wrong sets.

Initial longitudinal stitching;Segment;Simultaneous grouting;The amount of wrong sets; finite element analysis.

2016-11-17

2013年安徽省振興計(jì)劃建設(shè)項(xiàng)目：“交通工程新專業(yè)建設(shè)”(項(xiàng)目編號(hào)：2013zytz081)。

許倩倩(1986-)，女，安徽宿州人，助教、碩士。主要研究方向：地下工程及地鐵隧道工程研究。

U455.43

A

1673-6125(2016)04-0053-07