浅覆土小间距矩形顶管施工地表变形控制技术

为研究顶管施工过程中的地表变形规律，探索地表变形的的控制技术，最大限度地保证顶管施工过程的安全，依托某总部地下停车场项目，针对国内首例采用结构分割转换工法（CC工法）实施的矩形顶管工程施工地表变形影响因素进行分析，主要包括覆土厚度、施工过程地层损失、隧道小间距施工对相邻隧道土体作用等。研究分析表明： 1）通过采取控制掘进速度、控制土舱压力、控制注浆量、控制出渣量、控制顶进姿态等地表沉降控制技术措施，有效地控制了地表变形； 2）在顶推过程的各个阶段，地表变形呈现不同的特点，当出现变形过大时，通过调整土舱压力、补充注浆等控制措施，使地表变形逐渐趋于稳定变化状态； 3）通过对施工过程地表变形监测数据整理分析，进一步验证了采取地表变形控制措施的有效性和必要性。     

卵石层小净距隧道关键参数研究

针对卵石地层小净距隧道围岩整体性与稳定性差、施工中易坍塌、围岩相互扰动大的问题，通过FLAC 3D数值模拟和现场监测，对卵石层小净距隧道左右洞合理净距和先后行洞掌子面安全纵向间距进行了研究。得到如下结论： 1）当净距不大于6 m时，隧道地表沉降槽呈“V形”，沉降最大点位于中夹岩顶部；随着净距大于6 m，隧道拱顶部位地表沉降逐渐超过中夹岩顶部，地表沉降槽呈 “W形”。2）当2洞间净距不大于6 m（约1倍洞跨）时，2洞开挖后围岩压力叠加效应明显，极易发生失稳；当隧道净距大于18 m时，可按分离式隧道进行设计； 3）随着先后行洞间掌子面纵向距离的增加，后行洞施工对先行洞的影响逐渐减少，当纵向间距达到30 m（4.6倍洞跨）时，这种影响基本可以不予考虑。     

隧道下穿松散高填土路堤的沉降规律及其影响范围研究

为解决下穿隧道施工对既有高填土路堤的影响问题，依托成贵铁路大方隧道下穿杭瑞高速工程建立三维有限元模型，研究隧道施工对上覆地层位移影响、地表纵向变形特征以及下穿施工对地表各特征位置的主要影响范围。研究结果表明： 1）隧道下穿施工造成高填土路堤层发生显著沉降变形，上覆地层向隧道正中方向产生明显横向位移； 2）大方隧道下穿施工产生的地表纵向变形可划分为微变形区（洞口浅埋沉降区）、强变形区（高填土路堤沉降区）和弱变形区（地表沉降区）3个区域； 3）大方隧道施工分别开挖至洞口、挡墙和公路路面等特征位置时的地表纵向影响范围分别为开挖前方的75、52、65 m，在此影响范围内地层位移变化强烈； 4）拱顶动态沉降曲线均呈反“S”形特征。结合现场监测数据进行对比分析，得出模拟计算值与监测值变化趋势基本吻合，并最后给出相关施工建议措施。     

双孔平行隧道施工对地表沉降影响的数值分析

准确而又方便地确定双孔平行地铁隧道施工引起的地表沉降是工程实践中经常遇到的问题。以城市地铁区间隧道施工为工程背景，运用FLAC3D数值模拟，并结合现场实测数据，探讨了双孔平行地铁隧道开挖对地表沉降的影响。研究结果表明:地表沉降变形趋于稳定后，地表总沉降值等于开挖左线隧道和开挖右线隧道沉降变形稳定后所引起的地表沉降值之和；后行开挖隧道所引起的地表沉降值大于先行开挖隧道所引起的地表沉降值；当双线隧道间距较小时，沉降槽曲线为“单峰”形态，而双线隧道间距较大时，会呈现“双峰”特征。     

曲线顶管施工引起的地表变形预测研究

为了研究曲线顶管施工引起的地表变形,通过分析拱北隧道管幕工程曲线顶管现场实测数据,得出曲线顶管地表沉降槽的偏移曲线;在现有Peck和Loganathan地表变形计算公式的基础上,考虑曲线顶管与隧洞的相对位置对沉降槽偏移量的影响,得出经过沉降槽偏移修正的Peck和Loganathan地表变形预测公式。结果表明:1)曲线顶管施工引起的地表沉降槽曲线表现为非对称,最大沉降点可能出现在轨迹弯曲内侧,也可能偏向外侧;2)曲线顶管与隧洞相对位置引起的土体损失变化是造成沉降槽偏移的主要原因,相对位置与顶管穿越地层性质、顶进力、注浆压力和轨迹曲率半径等因素有关;3)修正的Peck公式可以较好地反映砂层和淤泥质土层中曲线顶管施工地面沉降槽偏移效应和最大沉降量。     

富水地层重叠隧道施工结构及地层变形分析

为解决重叠隧道在富水地层中施工时,开挖应力释放引起地层变形和渗流引起工后变形对隧道结构及周边建筑造成的不利影响,以深圳地铁某区段重叠隧道矿山法施工为背景,采用现场监测的方法对重叠隧道富水地层施工中隧道结构及周边土体的变形规律进行分析。研究表明,下洞施工沉降和工后沉降均较大,下洞变形稳定后施工上洞有利于上洞结构的稳定性,并验证了重叠隧道采用“先下后上”的施工顺序有利于保证结构的整体稳定性。在地下水渗流作用下,重叠隧道中段出现了地表沉降大于拱顶沉降的现象,同时造成下线隧道工后沉降极大,渗流和开挖应力释放是地层变形的主要原因。研究结果对同类地层条件下的重叠隧道施工具有参考价值。     

盾构隧道下穿既有铁路路基及框架箱涵地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿施工对地表沉降影响，依托武汉地铁3号线区间盾构隧道工程，运用ANSYS有限元软件对盾构隧道在不同埋深条件下下穿路基和箱涵进行模拟，得到了不同埋深盾构隧道下穿施工对既有的路基和箱涵及对应地表沉降扰动规律，将对应的地表沉降与Peck公式预测的地表沉降进行对比分析，总结了盾构下穿施工与Peck公式预测的地表沉降之间异同。结果表明:①随着埋深的增加，盾构隧道下穿施工导致地表沉降减小，沉降槽宽度逐渐增加；②先行线对地表沉降的影响较后行线大；③盾构隧道下穿箱涵施工的地表最大沉降与Peck公式预测值十分接近，而隧道下穿路基的地表最大沉降比Peck公式预测值偏小。     

基于软弱围岩变形控制工法的浅埋隧道变形现场监测分析

野猪山隧道右线出口科研段,属于浅埋软弱围岩隧道进洞按照软弱围岩变形控制工法进行施工。本文通过现场监测,在拱顶沉降、地表沉降实测数据的基础上,分析研究了软弱围岩变形控制工法下围岩变形特征,包括拱顶沉降与时间、开挖关系,地表沉降横向分布规律及纵向分布规律,得到了宁波象山地区采用随机介质理论法预测地表变形的相关参数、软弱围岩变形控制工法下掌子面空间约束效应影响范围及掌子面前方围岩位移释放率,研究结论可望为浅埋软弱围岩隧道施工提供一定的指导。     

双线隧道施工过程中地层变形控制数值分析

结合现场地形及工程地质和水文条件，选择合理的施工工法，基于理论公式和岩土有限元软件，针对双线平行隧道穿越河道开挖支护施工的全过程及施工参数的调整进行分析，研究隧道周围土体的变形沉降规律。结果表明：双线隧道开挖具有协同效应，随着两条隧道相对水平距离C的变化，地表沉降趋势由V型变为W型，进而变为两个单独的V型；越接近隧道开挖的土体，扰动越明显，伴随右线隧道的开挖和支护，两隧道中间地层变形逐渐得到控制，最大地表沉降向右偏移，符合Peck正态分布规律；分析不同施工参数下的变形规律，使地层沉降得到有效控制。     

软土地层矩形顶管隧道工后地表沉降计算方法研究

矩形顶管隧道施工会使周围土体产生扰动,进而引起超孔隙水压力,导致施工结束后继续产生固结沉降,对周围环境造成危害。采用Peck公式计算矩形顶管在施工阶段引起的地表沉降量; 运用应力释放理论和应力传递理论,推导出矩形顶管隧道周围土体中任意一点的超孔隙水压力计算公式,采用分层总和法计算土体初始超孔隙水压力消散引起的工后地表固结沉降量;二者叠加得到工后地表总沉降量。提出固结开始t时刻的地表总沉降量计算方法,研究了地表沉降和地表沉降速率随时间的变化规律。算例分析结果表明： 本文方法计算得出的沉降速率在施工结束后3个月内最大,之后迅速减小; 横向地表固结沉降曲线和总的地表沉降曲线均符合正态分布规律。     

蒙华铁路中条山隧道高地应力F7断层软岩破碎段施工技术

为解决中条山隧道在施工至高地应力F7主干断层段时,左右线已施工完成的247 m初期支护发生严重变形开裂的问题,选取不同段落对“刚性支护一次到位”和“柔性支护释放应力后进行二次支护”2种方案进行试验,通过对监控量测数据分析和初期支护表面观察,得出以下结果： 1）软岩大变形段落采取“刚性支护一次到位”相比“柔性支护释放应力后进行二次支护”变形速率明显下降,最大收敛速率由28 mm/d下降至18 mm/d,最大沉降速率由24 mm/d下降至12.8 mm/d,释放应力时发生变形的“度”更易掌控; 2）在采取“刚性支护一次到位”的基础上,辅以优化“隧道边墙曲率”和“施工工法”等措施,能够有效控制隧道初期支护变形开裂,确保隧道结构的质量,顺利通过F7主干断层。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

“盖挖+自进式管棚”进洞法在崩坡积体中的应用

新疆G575线东天山特长公路隧道出口穿越较大超浅埋崩坡积体。为保证隧道在超浅层崩坡积体中安全、快速通过,控制隧道变形、坍塌、滑移等风险,采用“盖挖+自进式管棚”进洞法施工方式,在发挥盖挖法形成的初期支护钢架 “拱”保护作用下,确保“拱下”洞内自进式管棚施工的安全; 并采用超前自进式管棚注浆预加固松散崩坡积体围岩的施工方式,实现暗洞中安全快速地掘进,确保施工工期。通过对不同进洞方案比选研究与现场实践,并对隧道施工过程中的拱顶地表沉降、洞内拱顶下沉、洞内水平收敛进行监测,回归分析量测数据后充分证明： “盖挖+自进式管棚”进洞法施工对崩坡积体的整体稳定性没有产生影响,采用“盖挖+自进式管棚”法,在崩坡积体中既可确保安全进洞,还可缩短工期。     

隧道洞口围岩稳定型变形的非线性回归分析

通过对隧道洞口围岩变形监控量测数据的分析,得到地表沉降、拱顶下沉、周边位移的变形曲线具有明显的阶段特征;同时对变形曲线进行非线性回归分析,得到围岩变形“增长模型”的非线性回归方程,对预测预报围岩变形规律和最终变形、提高隧道信息化施工水平提供基础和依据。     

双孔隧道中后掘进盾构对地表沉降的影响

受地下空间限制,城市地铁双线隧道间净距较小,后掘进盾构隧道施工将引发地层二次扰动,导致额外地层变形,对临近构筑物安全威胁尤甚。当前研究主要基于地表横向沉降曲线研究双线隧道掘进引起地表的沉降规律和地层扰动特点,但地表横向沉降曲线不能全面反映前、后掘进盾构隧道施工引起的地表沉降发展过程及规律。以杭州地铁某区间双线盾构隧道地表沉降长期监测数据为依托,采用地表沉降时程曲线和地表横向沉降曲线相结合的方法,分析双线盾构隧道前、后掘进引起的地表沉降规律。研究表明,后掘进隧道引起的土体损失率在0.6%～0.8%之间,地表最大沉降量在15.2～20.7 mm之间,均大于先行隧道引起的土体损失率和地表最大沉降量;由于后掘进盾构对地层的二次扰动,导致最终地表沉降槽曲线并不严格关于双线隧道轴线中点对称分布,地表沉降最大值略微偏向后掘进隧道轴线。通过地表沉降时程曲线发现,先行盾构通过监测断面后,地表沉降迅速发展,主要沉降范围在隧道轴线6 m范围内;由于先行盾构隧道掘进扰动,在后掘进盾构到达前2天(约3倍盾构直径距离)地表开始发生明显的沉降;在后掘进盾构施工影响下,所引起其轴线处地表沉降量大于先行掘进盾构所对应的轴线处沉降值。     

多因素下大断面矩形顶管施工对地层竖向变形影响研究

为对大断面矩形顶管施工过程中引起的地表沉降进行准确预测和有效控制，依托苏州市城北路综合管廊矩形顶管项目，基于力学理论、实测数据与数值计算等分析方法对多因素下施工引起的地层竖向变形进行研究。基于弹性力学的 Mindlin解和随机介质理论，探究管周土体变形模式，推导顶管正面附加应力、侧面摩阻力、地层损失、注浆填充等引起的地层竖向变形计算公式，结合现场实测数据发现该计算方法基本符合地表变形规律；进一步利用Matlab数值分析各个因素对地层竖向变形的影响，探究大断面矩形顶管顶进时地层竖向变形的一般性规律。研究结果表明： 理论推导的地层竖向变形解析式基本符合现场实际规律，地层损失对地表土体沉降的影响程度最大，顶管机头与周围土体的摩阻力影响次之，注浆会对地表产生一定抬升效果。     

管幕-结构法群管顶进对车站站场站台及股道沉降影响研究

为揭示管幕施工中群管顶进对站台和股道的影响规律，以迎泽大街下穿太原市火车站通道工程暗挖段管幕-结构法施工为例，采用数值计算对钢管不同顶进次序对地表沉降影响进行分析，推荐先下后上的群管顶进次序；采用数值计算和现场监测相结合的手段，对群管顶进过程中站台和股道沉降变化特征进行研究。研究结论如下： 1）群管顶进对地层沉降变形影响是一个多次叠加效应，具有应力路径相关性，顶进过程中地表横向沉降曲线形态处于动态变化之中，最终呈现出类似Peck横向沉降槽的曲线形态； 2）群管顶进结束后地表沉降横向槽宽度约为50 m，位于管幕底部两侧约45°地层滑移角范围之内； 3）现场监测结果表明管幕-结构工法有良好的地层变位控制效果，在多次顶进扰动影响下，站台和股道沉降、轨道高低及水平变形皆在控制范围之内。     

大跨地铁隧道组合工法穿越断层时的围岩变形控制分析

以深圳轨道交通2号线新莲区间隧道为工程背景，针对大跨地铁隧道穿越断层的围岩变形与控制问题，采用FLAC3D数值模拟，分析双侧壁导坑工法与CD工法不同组合穿越断层的围岩变形规律与注浆控制效果。结果表明： 1）隧道穿越断层破碎带时，Ⅳ、Ⅴ级围岩交界并与断层相交的拱顶处以及Ⅴ级围岩与断层相交的拱腰处的围岩位移最大，是变形控制的关键部位； 2）双侧壁导坑法穿越断层对大跨地铁隧道的围岩变形控制较好，工程实际工法组合下围岩变形的最大影响范围为12.4 m，围岩位移控制较好，工法组合合理有效； 3）注浆加固对断层破碎带处围岩变形模式的影响与控制作用明显，注浆后围岩变形区域由未注浆的“枣核形”变为较均匀的“椭圆形”； 4）提出位移控制率均值的概念，以定量描述围岩的注浆效果，隧道穿越断层时3 m厚度注浆的围岩位移控制率均值达51%，围岩变形控制效果较优。     

盾构隧道施工对既有铁路箱涵结构的影响研究

依托武汉地铁3号线盾构隧道下穿合武线铁路工程，采用三维数值计算方法模拟盾构施工全过程，分析盾构掘进对铁路箱涵结构变形及地表沉降的影响规律。研究结果表明:盾构施工导致既有箱涵结构产生以沉降为主的附加变形，沉降最大值出现在结构底板处；盾构掘进过程中，地表变形呈先隆起后沉降的规律，盾构开挖面到达分析断面前后各1倍洞径距离范围内地表变形波动较大；箱涵变形值随隧道埋深的增大呈减小趋势，当埋深增加到一定程度后，轨面沉降仍大于限制值，需采取合理的地层加固措施，以减小施工对既有结构的影响。     

顶管施工中地面沉降影响因素及测量数据分析

内蒙古呼和浩特市盛乐现代服务业集聚区电力隧道项目共设有7处顶管,顶管总长540m。采用顶管施工下穿既有城市道路时,电力隧道周围土体应力释放会导致地层变形和路面沉降,当路面沉降量达到一定程度时会危及行车及地下管线安全。因此地面沉降监测是顶管施工过程中的一项重要工作。本文着重分析了大断面电力隧道顶管施工过程中地面沉降影响因素以及地面沉降特征规律,论述了地面沉降监测原则及要求,分析了地面沉降测量数据。