盾构隧道长期渗水对地表沉降及管片内力的影响

以上海地铁盾构隧道为例,建立盾构隧道渗流模型,设置不同渗流程度及水位边界条件,分析长期渗流条件下隧道周围土体的孔压分布规律、地表沉降规律和管片内力变化规律.分析结果表明:渗流越严重,孔压降低越明显,地表沉降越大;孔压、地表沉降和管片内力的变化规律一致,且在保持地下水位不变的条件下,三者达到稳定状态的时间几乎相同;渗流使管片内力发生明显改变,管片内力的改变量与渗流的严重程度和地下水位变化情况密切相关;在渗流严重且没有外部水源补给情况下,长期渗流使地下水位不断下降,导致隧道拱腰处的管片内力增加量最显著,对地铁盾构隧道的安全运营造成严重威胁.     

地铁双线盾构近距下穿盾构隧道施工沉降控制

研究目的:为研究双线盾构下穿时既有地铁盾构隧道的沉降规律及控制措施,以北京地铁14号线隧道近距下穿地铁15号线隧道工程为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟,结合现场监测数据及盾构施工参数的分析,阐明既有隧道的沉降规律,总结控制沉降的盾构施工参数经验,验证沉降控制措施的有效性。研究结论:(1)既有隧道的沉降始于盾构刀盘距既有隧道1.5～2.0倍洞径处,在既有隧道前后1.1～1.3倍洞径范围变化最大,但受先后施工的二次扰动影响并不明显;(2)盾构掘进速度保持60～80 mm/min,合理且较高的顶推力、土仓压力、注浆量,可确保在快速通过穿越区域的同时抑制既有隧道的沉降;(3)通过注入双液浆、克泥效浆液对土层进行加固改良,设置聚氨酯隔离环,可减小既有隧道的后期沉降;(4)本研究成果可为盾构穿越施工影响下既有隧道的沉降控制提供借鉴。     

桥桩施工对邻近既有地铁隧道影响实测研究

研究目的:杭州市备塘路高架改造工程邻近已运营的地铁1号线,桩距离地铁最近为12.43 m,桩长67.9 m。因地铁1号线已有裂缝、渗水等状况出现,桩采用全套管钻孔灌注桩施工。为研究高架桥桩施工对邻近地铁隧道变形的影响,在桥桩施工过程中对周围深层土体水平位移、孔压、隧道结构水平位移和沉降进行监测。研究结论:(1)已运营地铁隧道出现渗水、裂缝现象时,在邻近既有隧道的桩基施工时采用全套管钻孔灌注桩施工对地铁影响较小,满足地铁隧道安全保护要求;(2)全套管钻孔灌注桩施工时,孔压对埋深较浅隧道的影响波动较大,但恢复也较快,对埋深较深的隧道影响恢复较慢,相对于埋深较浅的隧道来说,其变形较大;(3)全套管钻孔灌注桩施工时,上层土体位移较大,对埋深较浅的道床沉降产生较大的影响,而深层土体位移较小,对埋深较大的隧道影响较小;(4)本研究成果对桩邻近已运营地铁隧道等类似施工工程具有参考价值。     

刚柔长短组合桩-网复合地基工作性状研究

研究目的:为了探讨刚柔长短组合桩-网复合地基控制深厚软土路基工后沉降的可行性,须深入研究该类复合地基在深厚软土路基中的工作性状。为此,依托哈大高速铁路新营口车站路基处理工程,有针对性地开展现场试验研究。研究结论:(1)桩体刚度与桩间土体刚度存在较大的差异,是路堤填土中产生"土拱效应"的直接原因,且土拱效应的强弱取决于差异刚度的大小;(2)该类复合地基下的沉降变形模式主要包括路堤等沉区域、路堤土拱效应影响区域、负摩阻力作用区域、正摩阻力作用区域以及下卧土层等沉区域等五方面,且褥垫层基础的刚度是桩体与土体差异沉降大小的主要影响因素;(3)该类复合地基中CFG桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的196倍,而MIP桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的22倍,MIP桩有效提高了浅层土体的地基承载力;(4)采取刚柔长短组合桩-网复合地基联合堆载预压法加固深厚软土路基,可消除96%以上的沉降量,工后沉降可控制在2.0 mm左右,能满足高速铁路运营期间的稳定性要求;(5)研究成果能够为高速铁路、高速公路的深厚软土路基处理提供良好的指导作用。     

石家庄无水砂层盾构选型分析

研究目的:随着盾构法施工隧道技术在城市地铁建设中的推广和应用,盾构选型成为盾构施工过程中的关键环节。本文针对无水砂层土压平衡盾构施工中的盾构选型问题,研究盾构选型对地表沉降的影响,并总结选型规律。基于石家庄地铁的无水砂层盾构施工数据对几个区间的盾构选型作出评价,从而找出关键影响因素。研究结论:(1)在该地区选用面板式刀盘、40%开口率的小松盾构机所造成地表沉降值为11~14 mm;(2)在该地区选用复合式刀盘、35%开口率的海瑞克盾构机所造成地表沉降值为7~10 mm;(3)当进行盾构选型时应选择合适刀盘型式,优先考虑小开口率和小刀盘扭矩的盾构机型,以此提高开挖面的稳定性,减小盾构开挖所造成的不良影响;(4)本研究成果可为类似隧道工程的盾构选型提供参考依据。     

盾构隧道施工对短桩基-框架结构的影响

以成都地铁1号线盾构隧道近距离穿越某短桩基-框架结构为背景,采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立有限元数值模型,研究盾构穿越施工对桩基和框架结构的影响.研究结果表明:采用荷载转移措施可减小隧道上方的荷载和结构变形,有效保护建筑结构;盾构掘进对框架结构的边跨梁影响较大、对中跨梁影响较小,梁的最大正弯矩在二层右边跨梁的跨中,最大负弯矩在二层右边跨梁的右端头位置,柱的最大正弯矩在隧道右侧最远处的柱与二层右边跨梁刚接的位置;盾构从桩端下方穿越使隧道正上方及两侧的3根桩的轴力减小,两侧桩体下部向隧道方向产生挠曲变形,正上方桩体发生整体位移;距隧道较远处的桩发生刚性倾斜,桩轴力增大.监测数据表明,盾构穿越施工对桩基影响较小,荷载转移措施达到预期效果.     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

不同桩端下卧层桩基负摩阻力模型试验研究

研究目的:桩侧负摩阻力对桩产生下拽力,导致基桩沉降增大,竖向抗压承载安全等级降低,甚至造成桩体破坏。为分析不同桩端下卧层(黄土和粗砂)对基桩沉降和负摩阻力的影响,本文通过室内模型试验,对比研究两种下卧层情况下桩体、桩周土变形及桩身轴力分布的差异,明确基桩中性点位置的变化规律并给出建议值。研究结论:(1)下卧层对桩周土沉降的影响较小,但对桩身沉降的影响较大,相同堆载等级下粗砂下卧层的中性点位置明显低于黄土下卧层;(2)两种下卧层的桩身轴力都随堆载等级的增大而增大,但粗砂下卧层的下拉荷载和桩端反力明显大于黄土下卧层;(3)两种下卧层情况下,依据桩土相对位移和桩身峰值轴力确定的中性点位置基本一致;(4)在实际工程中应根据桩端下卧层的地质情况,采取适当措施,尽量减小基桩负摩阻力,充分发挥基桩的承载性能;(5)建议黄土下卧层中性点位置取0.51l~0.6l,粗砂下卧层可取0.6l~0.8l;(6)该研究成果可为类似工程堆载条件下桩基中性点的确定及设计提供一定的参考。     

地铁盾构施工对邻近建筑物桩基的影响研究

在地铁工程建设中,盾构法施工得到推广使用。而当近距离侧穿建筑物的桩基时,盾构推进会对桩基周围土体及桩基产生影响,从而引起地表沉降,危及建筑物的安全。此文以深圳地铁某隧道区间盾构施工近距离侧穿一建筑物桩基为工程背景,选取桩基与隧道间距最小的断面,采用有限元软件,建立数值计算模型,研究盾构推进对桩基周围土体及桩基的影响程度,以及造成的地表沉降。研究结果表明:桩身最大侧向位移出现在隧道轴线位置附近,桩的竖向沉降量沿桩长变化很小,桩身弯矩沿桩身分布,有正弯矩区和负弯矩区,桩身轴力沿桩长逐渐增大,到隧道轴线位置时达到最大值。隧道顶正上方地表沉降最大,为12.6 mm,两侧沉降量逐渐减少,形成一个横向沉降槽。     

复杂条件下地铁盾构施工过程的影响因素分析

研究目的:在盾构施工过程中,盾构机与岩土体相互作用间具有强烈的耦合关系,如何通过仿真技术分析各因素对盾构施工过程中隧道受力和地表沉降的影响,是保障隧道施工安全的必要条件。本文以大连地铁202标段为例,对盾构开挖进行模拟,并结合工程实际地质情况和现场监测数据,进行三维仿真分析,研究其施工过程的影响因子及效应。研究结论:分析结果表明:(1)随着土舱压力的增大,地表沉降呈减小趋势,掌子面上的应力呈增大趋势,且塑性区范围增大;(2)注浆量增大,地表沉降减小,当注浆量过大时,破坏土体的自稳性,地表沉降变大;(3)盾构机在穿越不同土层时,地表变化是不同的,可根据模拟结果调整参数;(4)本研究成果可用于复杂环境下地铁盾构隧道的监测。     

浸水对湿陷性黄土中桩基承载特性影响的模型试验

湿陷性黄土桩基现场浸水试验一般情况下是先浸水然后等到黄土的湿陷性彻底发挥以后再加载使桩土体系沉降,最后趋于稳定的状态,在桩基正常使用过程中由于雨雪等原因桩基也会遇到先加载后浸水的情况。为了探究两种浸水工况对桩基承载特性的影响,设计了室内桩土模型试验。结果表明:与桩土体系先加载后浸水相比,先浸水后加载时桩基中性点位置提高,中性点位置随着浸水量的增大沿桩身向下移动,桩侧负摩阻力极大值增大46%,负摩阻力极值点沿桩身下降170 mm,桩基正摩阻力极大值提高46%,正摩阻力极值点沿桩身上升70 mm;两种浸水工况下的桩身轴力沿埋深的变化趋势都是先增大后减小的抛物线形;桩周土体在未浸水和先浸水后加载两种工况下的桩基极限承载力一样大。     

双线地铁隧道盾构施工对地层与建筑结构影响研究

地铁隧道施工会对周围地层产生扰动,引起周围地层应力的释放和调整,从而导致相邻建筑物的不均匀沉降和倾斜,严重时甚至出现失稳和坍塌,造成重大损失。文章以杭州地铁3号线隧道穿越某新建中学的盾构施工为研究对象,利用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立考虑隧道-土-锚杆-桩-建筑物相互作用的三维有限元模型,并通过三维数值模拟分析双线地铁隧道同向盾构施工引起的地层变形特性及基础与建筑物工作性状变化的规律。结果表明:盾构施工引起的地层、基础和建筑物变形较小;盾构施工前后,隧道附近桩基和锚杆的内力变化较大,建筑物梁柱构件的内力变化较小;建筑物的变形与稳定性均在安全范围内。     

盾构隧道对邻近建筑桩基影响的时间相关性

引入等代层的概念,并将扰动区土体处理为粘弹性介质,采用数值模拟的方法分析了盾构隧道施工后对邻近建筑物桩基的时间相关性影响.建立了隧道和邻近建筑及其桩基的力学计算模型,通过对特征时刻的桩基水平位移值的研究,分析了既有隧道和邻近建筑各计算参数对桩基的影响.研究表明,盾构隧道对邻近建筑物及桩基的影响是时间相关的,隧道在开挖后一段时间内对周边建筑及桩基产生影响,其影响时间的长短与周边土体的粘弹性性质以及隧道和邻近建筑的参数有关.     

水下砂卵石地层盾构隧道越江段注浆压力研究

近年来,江(海)底盾构隧道建设日益增多,对于水下段而言,由于地层渗透性强、埋深浅等因素影响,盾尾同步注浆压力的合理控制显得尤其重要,而探明盾构隧道在施工过程中孔隙水压力的分布对工程实践意义重大。本文依托常德沅江过江隧道工程,结合工程现场地形、地质、气候以及水文条件,采用FLAC^3D有限元分析软件对盾构施工扰动下的地层孔隙水压力分布进行系统分析。研究结果表明:(1)综合考虑各种因素确定渗流场中削减边界为20 m,即模型构建时沿开挖方向前后多取20 m长度,可使模拟结果更能真实反映越江隧道围岩各处孔隙水压力的变化规律;(2)盾构隧道掘进过程中,拱顶、拱底和左右拱腰处的动水压随掘进距离的变化趋势大致相同,拱底动水压量值最大,左右拱腰次之,拱顶最小,并根据区间动水压力变化规律给出满足岸边段和水下段要求的注浆压力。     

地铁隧道盾构施工对桩箱建筑物影响研究

为保证地铁双线盾构隧道下穿桩箱基础建筑的安全,采用abaqus有限元软件建立计算模型,模拟不同桩长、桩径、土体损失率及不同工况下桩基和基础底板附加变形及附加内力变化规律,从而对隧道下穿桩箱基础建筑的设计提供借鉴作用。结果表明:(1)随桩长增加,底板竖向附加变形和附加弯矩逐渐变小,底板竖向附加弯矩在桩顶出现极大值;3号基桩(右线隧道左侧)随桩长增加,桩身最大水平位移、附加弯矩和附加轴力均逐渐减小。(2)随桩径增大,底板竖向附加变形逐渐减小,3号基桩附加弯矩逐渐增大。(3)随土体损失率增大,底板竖向附加变形逐渐变大,3号基桩附加弯矩逐渐变大。(4)施工完毕后,除4号桩(两隧道之间)外,其余各桩水平变形规律为靠近隧道的两排桩累积变形最大,离隧道越远,桩体变形越小,4号桩体最终附加水平变形倾向于先期开挖的左线隧道。     

盾构隧道施工引起的地基土超孔压特性模拟与分析

考虑盾构机盾壳与自重、开挖面正面推力、盾尾空隙、千斤顶推力和同步注浆等因素,利用有限元软件模拟研究了盾构施工过程引起的周边土体超孔压,并与实测值进行对比分析,以此验证了模拟方法的可靠性。基于单层软土、中等埋深条件下的盾构施工有限元模拟,分析了超孔压随施工过程的分布特性。研究表明,施工过程中周边土体的超孔压变化明显,随着盾构机的推进先不断增大,盾构机头到达或盾尾脱出时达到最大,盾构机离开后又逐渐减小。软土层中125 d后隧道四周超孔压的衰减率约为92%。     

桩筏复合地基负摩阻段分析及桩土应力比计算

通过对桩筏复合地基桩顶负摩阻段桩-土相互作用分析,得到桩顶负摩阻段桩间土中附加应力计算方法。在此基础上,利用弹簧组模型对桩筏复合地基桩-土-垫层相互作用进行分析,得出桩顶处桩和桩间土竖向有效应力及桩顶刺入变形计算方法。分析垫层对应力调节、沉降控制的影响。结果表明:在桩与桩间土间摩擦力作用下,桩间土竖向有效应力随深度增加衰减,并在某一深度衰减到较小水平,可不考虑该位置以下桩土相互作用对桩顶处桩土应力比的影响。垫层模量对桩顶处桩、土应力调节起重要作用,并对桩顶上刺量影响显著。垫层模量越小刺入量越大,且随模量减小刺入量增长速度加快。     

某地铁盾构隧道破损机理分析及加固设计

地铁盾构隧道建设规模不断扩大,已建及在建盾构隧道破损事故时有所闻。盾构隧道加固技术研究成为地铁隧道施工及运营的重要课题。针对某地铁盾构隧道破损工程实例,在隧道破损机理分析的基础上开展加固设计工作。破损机理研究表明:该地铁盾构隧道病害产生的主要原因为商业项目基坑施工诱发地铁隧道侧方土压力卸载和隧道侧方地层抗力降低所致。盾构隧道加固设计应遵循"先急后缓,里外兼修"原则,执行刚度、耐久性修复标准,并满足后期运营结构安全性及耐久性要求。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。