城市轨道交通作为提高交通能力、缓解交通拥堵的有效方法,已得到各级政府的重视。盾构法作为地铁隧道建设最重要的施工方法之一,已积累了丰富的施工经验,然而也存在着一些问题亟需解决。比如盾构施工时,脱离盾尾的管片经常存在局部或整体的上浮现象,并伴随有管片错台、开裂及渗漏水等问题,严重影响工程质量。因此有必要对盾构隧道施工期间管片上浮的机理及控制展开深入研究。本文根据青岛地铁1号线某盾构区间出现的管片上浮现象,首先分析了本区间的上浮量监测数据及施工期间造成管片上浮的原因;然后将盾构隧道硬性浆液作为试验对象,进行正交试验设计,判断硬性浆液的流型,建立了动态上浮力整环分布力学模型,并利用ANSYS软件对管片进行内力计算;最后,推导了盾构隧道管片上浮量预测计算公式,并结合预测公式及正交试验结果提出针对性的抗浮措施。具体研究内容及成果如下:(1)通过分析现场监测数据可得,管片脱出盾尾后在10小时内上浮量增长迅速,位移量约达到总体位移量的80%,10小时到40小时内上浮量增长放缓,到达40小时左右时,管片的上浮位移量趋于稳定。因此管片上浮过程可分为二个阶段:第一阶段为浆液凝结前的上浮激增阶段;第二阶段为浆液凝结后到40h的上浮平缓增长阶段。分析了盾构隧道施工期间造成管片上浮的原因,将上浮力分为“静态上浮力”和“动态上浮力”进行分析,并根据区间的地层特性,将动态上浮力分为“扇形分布”和“整环分布”两种情况。(2)设计了正交设计试验,一共设置16组浆液配比,基本包括了盾构壁后注浆施工中常用的硬性浆液配比范围。通过绘制不同配比浆液的流变曲线,得到硬性浆液为宾汉姆流体,基于此建立了“动态上浮力”整环分布力学模型,得到“动态上浮力”在横截面呈“下大上小”的分布规律。并针对盾构隧道管片在正常设计状态与上浮状态下的受力不同,应用ANSYS软件,分别对其进行内力计算,结果表明:上浮阶段管片的最大弯矩、剪力比正常状态增大了40%,最大轴力与最小轴力比正常阶段分别增加了35%、40%。(3)依据正交实验测得16组浆液的凝结时间,采用MATLAB软件对试验结果进行了极差分析以及多元回归分析,得到了多元回归方程,并根据回归方程进行单因素分析,探讨水灰比、胶砂比、膨水比、粉灰比、添胶比对浆液的凝结时间的影响。分析得出,对浆液凝结时间的影响因素从主到次为:水胶比>粉灰比>添胶比>胶砂比>膨水比;当水胶比为0.7、胶砂比为0.55、粉灰比为1.5、添胶比为0、膨水比0.2时,浆液的凝结时间最短,此配合比的浆液能较好的控制管片上浮。(4)以单环管片作为研究对象,分析了管片在浆液中的受力情况,而且考虑到上浮力和粘滞阻力的时变性,引入上浮力时变系数,推导出了盾构隧道管片上浮量预测公式,并与工程实测数据有较好的一致性。可以通过预测管片上浮量,提前控制盾构姿态抑制管片上浮。