以色列复合地层盾构土舱压力计算方法分析

以色列特拉维夫"红线轻轨"项目盾构隧道穿越以粉细砂、粉土质砂、库卡(砂岩)为主的复合地层,针对复合地层盾构土舱压力难以合理计算的问题,将在建盾构区间的地层组段划分为4个岩土组,在确定每个岩土组物理力学参数的基础上,将普氏理论结合欧洲规范下常用的经验法、JS法和AK法,对4个岩土组的土压力进行计算,并对计算结果进行了分析。分析表明:采用三种计算方法的平均值可有效避免单种方法计算土压力时的局限性,且土舱压力随地下水位高度的变化而变化,与隧道上覆土层厚度无关。通过将该方法的计算结果与实际的开舱压力进行对比,验证了采用该方法计算以色列复合地层盾构土舱压力的准确性,可为类似工程的施工参数提供借鉴和指导。     

浅覆土盾构最小埋深的正交试验分析

盾构隧道上覆土层过薄,将可能出现正面塌方或涌水等严重事故。文章针对目前水下盾构隧道最小埋深计算理论存在的问题进行了分析,给出了考虑抗浮安全系数、土层抗剪强度及管片壁后注浆压力的浅覆土盾构最小埋深的计算公式;同时,采用无空列正交试验分析的方法,对影响盾构上覆土厚度的隧道半径、管片壁厚、注浆压力、上覆土有效重度及有效内摩擦角、土的粘度等因素进行了极差和方差分析,得出了最小埋深的显著性影响因子及其随各因素的变化趋势。研究表明:管片厚度及有效内摩擦角对埋深变化影响不大,注浆压力影响非常显著,对推荐公式的主要影响因素为注浆压力、土的粘度、土的有效重度、隧道半径、土的有效内摩擦角、管片厚度。     

盾构无障碍始发土舱压力计算模型研究

常规的盾构始发需预先凿除钢筋混凝土围护结构,土舱压力无法及时建立,即便对洞口处土体进行了止水加固处理,仍无法彻底改变洞口处土体坍塌、涌水、涌砂等问题。文章基于洞口处采用玻璃纤维筋混凝土围护结构,建立了盾构无障碍始发土舱压力计算模型,提出了盾构无障碍始发土舱压力计算公式。通过在北京地铁16号线工程中的实际应用表明,所建立的计算模型能够反映土舱压力的建立过程,可实现土舱压力的快速建立;此外始发掘进前外加泥土等材料的加入量对于建立土舱压力极为关键。     

运用盾构掘进参数跟踪判断滚刀损坏的研究

目前盾构滚刀磨损的判断通常是经验性的。文章在文献[6]运用盾构掘进参数判断刀具损坏的分析计算方法基础上,进一步考虑了土舱压力的影响,对掘进速度和刀盘扭矩计算模型进行了修正;依托具体工程实例,运用修正计算模型分别对土压平衡盾构、泥水平衡盾构以及TBM等在硬岩中的掘进数据与滚刀情况进行了跟踪判别研究。结果表明,计算结果与滚刀磨损情况比较吻合,该方法对判断滚刀损坏具有可行性、参考性。     

土压平衡盾构在富含水砂层中加压开舱技术

文章以北京地铁15号线南法信站-石门站盾构区间右线为工程背景,分析了选择加压开舱技术的理由,提出加压开舱的气压、泥膜和人员等为控制重点要素;论述了加压开舱的原理和工作流程,即根据承压水细中砂地层特点配置适合的泥浆,运用静止土压力理论并考虑土压和水压设定开舱气压,经过一定的流程形成掌子面及周边密封的泥漠,通过在人舱内一定速率的加压和减压,最终完成加压开舱检查刀盘的工作.实践证明,工程中制作的泥漠及设定的压力,有效地控制了土舱内的压力,保证了掌子面和地面的稳定,并且人员的选择、工艺的安排,在很大程度上提高了工作效率、缩短了工期、节省了成本,显现了加压开舱的优点.     

盾构掘进参数对地表沉降的影响分析

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到广泛的应用,由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中备受关注的问题.文章以深圳地铁5号线洪浪-兴东盾构区间下穿广深高速公路立交桥隧道施工为工程依托,通过数值模拟和现场监测,对影响地表沉降的掘进参数进行了模拟分析.计算结果表明,地表下沉与盾构掘进参数密切相关,适当加大注浆压力能有效控制地表沉降;同时,土舱压力与土体原始侧向压力接近时地表沉降量最少.实测地表沉降与掘进参数的关系表明,当注浆量一定时,地面沉降随土舱压力的增加而减小;地表沉降随着注浆量及注浆压力的增大而减小.     

深圳地铁软硬不均复杂地层盾构施工对策

深圳地区地处沿海丘陵台地,地形、地层复杂,有杂填土层、填海块石层、淤泥层、冲洪积层和冲洪残积层等.地铁线路的迅猛增加,使得盾构隧道穿越更多的软硬不均、硬岩、孤石、断裂破碎带和水底浅覆土等复杂地层,施工进度和安全经常受到影响.在这些复杂地层中推进,将大大增加盾构机土舱压力、掘进参数、同步注浆、姿态调整和地表沉降的控制难度,并导致刀具磨损加快等一系列技术问题.文章介绍了深圳地铁5号线在各类复杂地层中盾构施工的经验和做法,对其工程特点和影响进行了分析.本工程通过采用一些辅助工法优化掘进参数,使得盾构机安全顺利地通过了该类区域.     

顶管顶力计算方法比较分析

顶力是顶管工程施工中最关键的参数,合理计算顶力对于顶管工程安全顺利的施工起着至关重要的作用。现阶段计算顶力的方法颇多,使用不同的计算方法会对计算结果产生一定影响。为此,文章总结了现阶段国内外的顶力(或摩阻力)计算方法,对比分析了现有计算方法的优缺点和适用性。结果表明:顶力计算的经验方法主要区别在于给出的单位面积摩阻力所对应的土层划分方法和考虑因素不同,以及相同土层管-土间单位面积摩阻力的取值不同;顶力计算的理论方法主要区别在于拱顶竖向土压力的计算方法不同,并且受顶管覆土深度影响较大;顶力数值模拟计算方法主要区别在于模拟程序基于的理论以及模拟过程中所考虑的施工因素不同。     

河底地铁盾构隧道管片受力特征分析

穿河盾构隧道相比其它区段盾构隧道的工程地质和水文地质条件更为复杂,特别在我国南方地区,季节性降水量大,地表及地下水位变化明显。针对穿河盾构隧道富水软粘土地层,文章以佛山地铁2号线某区间穿河盾构隧道管片为研究对象,利用Abaqus有限元软件,采用梁-弹簧模型对受力管片进行数值计算分析,并与现场试验所测得的管片轴力进行验证。结果表明,现场测试管片受到的土压力略小于采用全覆土压方法的计算值;盾构隧道周围的水压对管片内力的影响较大,穿河盾构隧道即使上部土层透水性差,在管片设计时也要考虑岩层中裂隙水和承压水存在的可能,且为安全考虑,作用在管片上的土压可按全覆土压来计算。     

用改进层分法计算分层粘性填土主动土压力

文章针对挡土墙后粘性填土分层的情况,分析层分法计算粘性填土主动土压力在实际工程中出现的问题.在结合层分法进行改进的基础上,推导了土压力曲线分布公式及开裂深度计算式,并通过算例进行验证,得出墙后填料为两种粘性土时应采取的正确填筑方法.     

碎石土滑坡稳定性分析及治理设计探讨

文章通过调查和研究十天高速某碎石土滑坡的工程地质条件和诱发因素,对碎石土滑坡的成因和稳定性进行定性、定量综合评价,提出应用分离式预应力锚索抗滑桩进行治理设计,并采用有限差分弹性地基梁法进行治理设计计算分析。分析结果表明:坡脚人工活动及强降雨是碎石土滑坡产生的主要诱发因素;分离式预应力锚索抗滑桩应用于碎石土滑坡治理是合理和有效的。     

粘土中超大直径泥水平衡顶管被动极限支护压力计算方法

为维持顶管施工开挖面稳定,支护压力的设定必须小于被动极限支护压力。文章根据开挖面极限平衡,提出了超大直径泥水平衡顶管在粘性土中适用的开挖面被动极限支护压力计算方法。依照数值模拟计算方法,研究了超大直径顶管的被动破坏模式;再基于破坏模式,给出了被动极限支护压力的计算思路;对实际工程进行数值模拟并与所提方法进行对照,初步验证了所提方法的合理性;最后与其它理论方法进行了比较,并对提出方法的影响因素进行了分析。研究结果表明:水平圆柱体破坏模式为超大直径泥水平衡顶管的被动破坏模式,该被动模式与埋深无关;提出的方法具有合理性,而且计算过程相对简单,在实际工程中适用;水平圆柱体模式计算方法能够用于层状、均质粘性土中,应用条件是顶管开挖面只处在一个土层内;其得到的计算结果合理地低于其它方法,且偏安全;得到的被动极限支护压力随埋深直径比增大而增大,随内摩擦角和粘聚力的增大而增大。     

盾构隧道施工引起周围土体超孔隙水压力的分析

盾构隧道施工在推进过程中将不可避免地对周围土层产生扰动,从而在土体中产生超孔隙水压力,导致后期固结沉降。文章基于修正剑桥模型,采用应力路径法,对盾构掘进产生的超孔隙水压力的大小、扰动范围以及分布规律等进行了计算分析,从而得出了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力峰值;同时,通过考虑开挖面土舱压力、隧道中心处土体的静止土压力及土体粘聚力等因素的影响,确定了盾构施工引起周围土体超孔隙水压力的影响范围;在不考虑纵向渗流的前提下,根据达西定律原理推导得出了隧道周围土体超孔隙水压力的分布规律。结合算例分析表明:采用应力路径法得到的隧道周围土体超孔隙水压力的峰值与隧道的埋深呈线性关系;随着隧道埋深的增加,盾构施工对土体的扰动范围及超孔隙水压力的峰值都在不断增加;但超孔隙水压力的变化趋势随隧道埋深的增加逐渐变缓,当H/D=1.5时超孔隙水压力的变化趋势近似为线性。     

NFM盾构机带压开舱换刀技术

文章以深圳地铁2号线东延线2222标段工程中采用的带压开舱换刀试行方法为依托,针对NFM土压平衡盾构机的设备情况,总结出了相关的技术方案,主要包括开舱前的准备工作和带压开舱换刀作业的整个实施流程及相关技术要点。     

盾构隧道开挖面被动极限支护压力的三维解析解

文章基于莫尔-库仑屈服准则,通过优化楔形块体的倾角并考虑土体粘聚力的影响,对现有的楔形块+倒棱台的土体破坏模型进行改进,建立了能够得到盾构隧道开挖面处于被动极限平衡状态下支护压力的三维计算模型;同时推导得出了相应的计算公式,并通过优化计算得到了开挖面处被动支护压力最小时楔形块体的倾角及极限支护压力;结合一算例,将所建模型的预测结果与经典的上限解进行了分析对比,验证了其合理性;最后探讨了土体内摩擦角、土体粘聚力、隧道上覆土厚度与隧道开挖面处被动极限压应力间的相互关系。研究结果表明:土体的粘聚力越大,开挖面处被动极限支护压应力越大,两者呈线性关系;土体的内摩擦角越大,被动极限支护压应力越大,且其变化速率也越快;随着隧道上覆土厚度的增加,被动极限支护压应力逐渐增加,且变化速率越来越快,两者之间近似呈指数函数关系。     

考虑多因素耦合的高填明洞垂直土压力计算方法研究

文章基于传统土压力计算理论,通过定义明洞宽度、断面型式、填土性质、边坡坡角和槽宽比等影响系数,对传统土压力计算公式进行修正,提出了四个影响系数下高填明洞洞顶垂直土压力计算公式。首先,将不均匀变化的土压力采用荷载等效的方法转化为均布荷载,同时采用数学回归法、数值模拟法等确定了高填明洞洞顶垂直土压力回归曲线数学表达式,分析影响系数随H/W(填土高度与明洞宽度比值)的变化规律,得到影响系数对高填明洞洞顶垂直土压力的影响程度和影响趋势,以此来确定高填明洞洞顶垂直土压力的计算公式。随后,对建立的计算公式选取两种铁路明洞设计工况进行验证。结果表明,提出的计算公式的计算结果与数值模拟结果的平均相对误差为1.68%,验证了该计算公式的正确性。     

上海长江隧道工程盾构水中进洞施工技术

上海长江隧道工程盾构水中进洞段的覆土最薄处为6．187m,属于超薄覆土盾构施工,给地面沉降控制增加了难度,同时极有可能出现隧道“上浮”现象;由于正面压力的减少,易造成管片之间的松动。介绍了该隧道工程所采用的盾构水中进洞的过程,分析并探索了为防止地下水进入工作井,采用井点降水、水中进洞以及洞门封堵等保证盾构进洞安全的技术措施。     

盾构刀盘开口率对掘进参数影响的模型试验研究

文章通过模型试验,对盾构开挖过程中刀盘开口率对盾构各参数之间的影响进行了研究,试验监测了不同刀盘开口率条件下盾构土舱面板处压力的变化情况以及土压力的传递和分布状态,研究了盾构刀盘开口率引起的土舱内外压力变化规律,同时对开挖面和土舱面板之间的压差进行了讨论,基于试验研究内容,进一步利用粘性流体力学理论建立了相关公式,可以简要分析土舱内外压差的影响因素;讨论了刀盘开口率对刀盘挤土效应和刀盘扭矩的影响关系,提出了两种不同的挤土效应机制,试验结果显示仅靠刀盘推力引发的挤土效应约占全部挤土效应的70%,刀盘转动引发的挤土效应占30%左右,系统分析了刀盘开口率、刀盘扭矩以及挤土效应之间的内在关联。     

考虑围岩软化与膨胀对松动围岩压力的影响研究

传统围岩松动压力计算理论不能考虑膨胀土隧道增湿软化和膨胀效应引起的应力增量。文章以南京平山软弱膨胀土隧道为工程背景,对松动围岩压力的计算方法进行改进,基于太沙基理论将围岩强度软化、增湿膨胀的影响加以考虑,进而提出一种新的围岩压力数值计算方法——"极限平衡数值法"。文章运用有限差分软件FLAC3D分析了围岩在增湿软化、膨胀前后应力变化情况,并分析了隧道埋深、降雨影响深度和围岩膨胀率的影响效果。结果表明:围岩松动压力可以通过"极限平衡数值法"得到,且其大小受围岩软化、膨胀特性影响显著;随着降雨影响深度以及围岩膨胀率的增大,松动围岩压力逐渐增大;适用于膨胀土隧道松动压力计算公式中的修正系数的大小与降雨影响深度以及围岩膨胀率成正比,与隧道埋深成反比。     

不均匀地层地铁隧道拱顶荷载计算方法研究

对于断面内地层起伏的盾构隧道,其地层参数差异较大且地层分界线起伏变化,而计算参数的选取将影响荷载的计算精度。文章在经典太沙基松弛土压力公式的基础上,对起伏地层盾构隧道拱顶荷载的计算方法进行研究,分别推导了隧道断面内水平地层和倾斜地层拱顶荷载计算的修正方法。对于水平地层分界线情况,通过分析断面内上部地层所占比例,给出了滑移面宽度取值方法;对于倾斜地层分界线情况,在水平地层分界线情况的基础上,分别对隧道左右侧滑移面宽度进行分析并给了出取值方法。通过对某直径为6 m的起伏地层盾构隧道的侧向土压力进行现场测试,并与经典理论公式进行对比,其结果表明:修正公式计算结果与实测值吻合较好,验证了修正公式的适用性。文章提出的计算方法可为城市盾构隧道工程提供参考。