基于苏埃通道工程盾构施工过程中下沉量分析

盾构开挖隧道主要分为隧道掘进和管片拼装2大工序。在管片拼装过程中盾构主机处于静止状态,在此过程中将会产生主机整体下沉和栽头的现象。为了尽量避免下沉和栽头现象的出现,需要对主机的下沉量和栽头量的范围进行预测,在盾构隧道掘进工序末事先调整好姿态,使盾构在静止过程中的下沉量和栽头量正好与姿态调整量相抵消,从而保证隧道轴线与设计轴线一致。通过对盾体周围受到水土压力以及地基对盾构的反力进行分析计算,并利用Matlab软件对4种不同地层进行建模分析,求得盾构主机在各地层的下沉量和栽头量的范围。通过计算,在苏埃跨海通道工程盾构掘进段项目中,主机在淤泥质土等松软地层中姿态变化最大,最大栽头量约为0.38 m,整体下沉约0.12 m;在密实中粗砂地层中姿态变化最小,最大栽头量约0.13 m,整体下沉约0.04 m。通过得出的栽头量和下沉量的范围,进而实现对盾构姿态的提前调整。     

盾构下坡掘进对推进阻力的影响研究

以神华新街6°煤矿斜井盾构工程为背景,针对盾构下坡掘进工况,通过建立盾构上作用的水土压力载荷与坡度的数学关系模型,推导出推进阻力与坡度的数学公式。结合工程实例,计算水平掘进与6°下坡掘进各推进阻力值,并利用MATLAB软件绘制下坡掘进时推进阻力随坡度变化的曲线。结果表明:1)6°下坡掘进的总推进阻力相对于水平掘进仅减小了约8%,坡度小于13°时,可通过水平掘进时的推进阻力减去重力沿掘进轴线上的分量来近似求得,且偏差小于10%;2)总推进阻力会随坡角的不断增大而减小;3)当坡度大于50.4°后,盾构有自动向下滑移的趋势,刀盘将自动压紧开挖面,导致刀具自动嵌入开挖面,增加了启动扭矩与换刀的难度。     

综合管廊地基加固与远期盾构隧道修建的相互影响分析

随着地铁盾构隧道、城市隧道、城市地下综合管廊等的大量修建,新建隧道下穿/上跨既有隧道及其相互影响已成为隧道工程重点研究的内容之一。对于既有隧道,以往的研究主要集中在城市隧道或盾构隧道。城市地下综合管廊具有埋深浅、宽度小、壁厚薄的特点。因此,当其被双线盾构隧道下穿时,既有隧道结构的内力、地表沉降等也必然不同。基于汾湖站（苏州南站）综合管廊工程,采用MIDAS GTS NX软件建立了三维有限元模型,分析了管廊地基加固对远期地铁盾构隧道修建的影响及其相互作用,以地基加固长度和上下隧道净距作为变量,考虑了盾构机的掘进压、千斤顶推力和管片间的界面。研究结果表明：对于该工程项目,若远期盾构隧道下穿综合管廊,管廊地基加固对管片的内力无明显影响;当双线盾构隧道下穿后,较短长度的地基加固会增大既有管廊的轴力（拉力）;对于初始阶段地表沉降,地基加固均增大了X向（垂直管廊方向）、Y向（平行管廊方向）的沉降值,但显著减小了盾构隧道下穿后地表的隆起值。     

盾构区压设置不当加剧姿态偏差的原因分析

盾构施工中通过不断地调整区压控制盾构姿态，然而在实际中如果将各分区压力参数设置差距太大会发生盾构姿态偏差反而加剧的情况。结合某城市地铁下穿江河段时遇过饱和软土发生沉降的案例，说明在盾构本身出现沉降偏差时，由于区压调整参数设置不合理，导致盾构推力不均匀反而加速盾构下沉的情况，对盾构推进的区压参数设置进行对比分析，并对盾构姿态持续下沉过程进行详细描述，分析区压过度调整对盾构姿态产生不利影响的原因。根据盾构推进压力对于管片的反作用力，从力学角度分析盾构姿态的调整是盾构区压设置的调整原理，阐述盾构姿态形成的受力状态是盾构自身偏转量与成型隧道管片受力不均呈现逆向偏差的结果。二者的偏转量是相反的，当调整区压设置导致成型隧道偏转量大于盾构自身偏转量时，盾构姿态将呈现越纠越偏的现象，即为区压过度调整。该结论指出盾构施工过程中姿态调整的误区，并对盾构施工推进参数设置的合理性提出见解。     

盾构隧道掘进施工对邻近既有建筑的影响分析

盾构隧道掘进过程中,会对周围土体产生扰动和变形。当变形达到一定程度时,会危及邻近建筑物的正常使用。基于有限差分软件FLAC 3D建立三维数值计算模型,模拟不同临近距离和不同建筑层高工况下盾构隧道掘进对邻近既有建筑物的影响,选择既有建筑物沉降作为指标进行分析,对不同工况下既有建筑物的沉降变化曲线进行数据拟合,并与现场实际监测数据进行对比分析。研究结果表明：（1）不同临近距离工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随临近距离增大,同一施工步下建筑物的沉降逐渐减小,沉降速率逐渐减小。（2）不同建筑层高工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随建筑层高增大,同一施工步下建筑物的沉降先逐渐增大后逐渐减小。（3）盾构掘进过程中对邻近建筑物的主要影响区约为1.6倍隧道外径。研究成果可为类似盾构隧道掘进施工提供参考。     

地铁盾构区间隧道近接下穿综合管廊影响研究

地铁盾构区间隧道施工下穿既有综合管廊时,周围土体产生扰动,引起周围土体的变形,会使既有综合管廊产生附加应力和变形,威胁结构安全。为了研究盾构隧道下穿过程中对既有综合管廊的影响,探索不同穿越交角下既有管廊的变形规律,采用三维有限差分法进行模拟,分析盾构隧道施工过程中既有综合管廊的沉降变形规律、地基加固对管廊沉降的控制效果及不同下穿交角对既有综合管廊沉降的影响。计算结果表明：既有综合管廊在盾构机附近主要产生纵向上的不均匀沉降,随着盾构掘进,沉降逐渐增大,进行地基加固后能够有效减小既有管廊的沉降变形。当下穿交角较小时,既有综合管廊沉降变形增大。通过本文的研究,可以为类似工程提供指导。     

盾构近距离下穿既有地铁隧道沉降控制技术研究

以北京地铁某区间盾构下穿既有隧道工程为背景,运用FLAC3D软件对施工过程进行模拟,结合现场实时监测数据对沉降进行分析,并通过对盾构近距离下穿既有线路的整个施工过程进行调查、研究与分析,提出盾构下穿既有隧道沉降控制的有效技术措施。结果表明： 1）设置试验段,根据试验段监测反馈对施工方案进行调整,对穿越段施工有极大的参考意义; 2）适当增大推进土压,提升推进速度,可提高沉降控制效果; 3）设置聚氨脂隔离环和注入克泥效,在沉降控制中起到了十分积极的作用。     

基于弹性地基梁理论的隧道纵向变形分析

随着国内外盾构隧道的大量建设和运营,盾构隧道纵向不均匀沉降问题日益凸现,从而引发隧道渗水漏泥、结构局部破坏等现象。文中对隧道产生纵向不均匀沉降的原因进行了分析。针对影响隧道沉降的各个因素,采用等效轴向刚度模型,并应用弹性地基梁理论进行计算分析,得出相应的沉降曲线,为软土盾构隧道纵向设计提供理论支持。     

土压平衡盾构施工引起公路地表沉降分析

该文针对沈阳地区的水文地质特征,采用岩土工程分析软件MIDAS-GTS,基于Mohr-Coulomb本构模型理论,考虑砂土体的线弹性变形特征,建立了隧道开挖过程的二维及三维模型.通过地表沉降横向和纵向规律分析,发现：盾构法隧道施工过程中地面沉降与隧道覆土厚度H,盾构外径D,以及相对埋深H/D有关;隧道地表土体的水平向位移隧道中心处最小,随着覆土厚度的加大,水平位移影响区域也逐渐变大;地表最大沉降量随着覆土厚度与隧道外径之比H/D的增大而减小.     

隧道管环端面平整偏差自动评估技术研究

为解决当前手段不能实现管环端面平整偏差自动测量的问题，及时为人工补偿平整偏差提供数据依据，基于所建立的模型设计自动测量方案并对测试应用结果进行分析总结。通过分析盾构施工特点，确定可在盾构坐标系内表征测量点坐标，在此基础上推导基于推进油缸行程的管环平整偏差数学模型，证明基点与测量点间距与安装角度关系可由三角函数描述，且可在平面直角坐标系内计算平整偏差。设计基于油缸行程传感器的评估算法、测量方案，实际测试的数据表明，和人工测量结果相比，该系统能以较高精度自动监测管环平整偏差，有效降低测量人员的劳动强度。     

盾构隧道施工引起的土层分层沉降规律实测研究

为了获得北京地区盾构隧道施工引起地层位移的实测资料,并分析不同布置下双线盾构隧道引起的沉降特征,以北京地铁8号线二期工程为依托,分别在双线盾构区间隧道的平行段和交叠段设置分层沉降监测断面,研究盾构施工引起的不同深度处地层沉降规律。分析表明:北京典型地层不同深度的沉降槽曲线可用高斯分布来描述,沉降槽宽度随深度的增加不断减小;不同深度处,盾构到达监测断面前、超过监测断面1倍埋深距离、后期沉降这3部分大致各占总沉降的1/3;对于双线交叠盾构隧道,当先开挖下面的隧道再掘进上面的隧道时,沉降槽整体变深;北京典型地层条件下(地下水位以上),不同深度处沉降槽对应的地层损失率基本不变;施工中,盾构停机会使地层损失率和沉降量明显增大。     

基于FDM-DEM耦合的盾构开挖面前方土体三维位移特性研究

盾构隧道施工本质上是在三维空间中利用机械实现动态掘进的过程。为了研究盾构施工对开挖面前方土体的位移影响，基于有限差分法(FDM)与离散单元法(DEM)开展了多组三维连续-离散耦合数值计算，并结合现场监测，提出相应的施工建议。首先，基于弹性力学的Mindlin解，综合考虑盾构顶推力、辐条式刀盘摩阻力和盾壳摩擦力对土体位移的共同作用；基于三维镜像法和球孔收缩问题推导了地层损失引起的三维土体位移场表达式，建立了开挖面前方土体三维位移完整解析公式；其次，为了同时满足工程分析尺度和反映土体细观力学特性需要，引入新版连续-离散耦合技术。依托工程实例，通过三维单剪模拟试验与室内直剪试验对离散域内的颗粒细观参数进行验证。最后，基于三维位移解析解和连续-离散耦合模型分析了开挖面前方土体位移特性及不同盾构顶推力、刀盘转速和推进速度下的三维土体位移特征。结果表明：三维位移解析解和连续-离散耦合的计算结果均与实测值匹配程度较好；在盾构掘进过程中，地表沉降量逐步增大，盾构开挖面通过后沉降量得到暂时控制；顶推力过大容易使开挖面前方H/4～5H/4范围内地表出现局部隆起现象；刀盘转速的提高会加大地表沉降量，使沉降槽...     

盾构施工影响下砂土地层变形规律模型试验研究

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究。试验模型箱是由钢化玻璃板、底部钢板以及刚框架组合而成的开口箱体,砂性地层采用完全烘干的砂土来制作,盾构开挖过程通过一种能够精确控制地层损失率大小的小型圆筒状传动装置来模拟,试验过程中的地层变化利用视频测量系统进行监测。研究结果表明：随着隧道埋深增加,土体扰动范围逐渐向两侧扩展,地表最大沉降值逐渐减小;当隧道埋深临近土拱形成深度时,沉降槽宽度显著增加,隧道上方核心沉降区逐渐减小。地层损失率与沉降槽宽度之间存在明显的线性关系。砂土粒径越大,地表最大沉降值越小,沉降槽宽度越大;当最大粒径与最小粒径比一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着砂土粒径的增大而减小;当最大粒径一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着粒径范围的增大而增大。不同隧道埋深、地层损失率和砂土颗粒级配下的地表沉降曲线均具有类似高斯分布函数的形态特征,向隧道中线处急剧下降,向远处逐渐变缓,与地层变形规律相似。     

复杂环境下盾构近距离穿越地铁车站施工技术

为解决盾构工法近距离下穿运营既有地铁车站中盾构总沉降控制问题,通过采取盾构施工前对障碍物进行探测、区间与车站之间土体的加固、盾构推进和注浆参数的合理确定及盾构机注浆系统的改进等一系列措施,确保了盾构在整个下穿过程中的顺利推进,并使整个施工过程的总沉降量控制在-1.7 mm以内,达到了施工前评估报告要求的-3~+2 mm的控制标准,为盾构下穿既有站施工的沉降控制积累了经验。     

不同地层条件盾构始发对地表沉降影响规律研究

针对盾构始发施工造成地表沉降过大、导致工程事故时有发生的问题,采用岩土通用软件FLAC3D建立盾构始发三维模型,对北京、杭州、南京和上海4个典型地区代表土层盾构始发施工的全过程进行模拟计算,总结出各典型地区盾构始发施工对地表变形的影响规律,并提出相应的施工建议。研究结果表明,相同施工条件下：1）不同地层盾构始发地表沉降差别较大,黏性土较砂性土沉降槽影响范围相对较大,中心点沉降量相对较小;2）典型地区均为黏性土条件下地表沉降较小,非黏性土地层条件下地表沉降较大且在横向基坑边界处地表差异沉降较大;3）典型地区从地表沉降控制效果由好到差排序为北京〉南京〉杭州〉上海。     

盾构施工引起的地表沉降预测及其敏感性分析

盾构施工会扰动地层引起地表沉降,导致地表建筑物倾斜、开裂或是倒塌,地下管线被破坏。因此,盾构施工时有必要对地面沉降进行预测和敏感性因素分析。本文结合某地铁区间的地质资料利用支持向量机建立数学模型,对盾构施工引起的地表沉降进行预测,并与BP神经网络模型的预测结果进行对比。最后,利用灰色关联分析理论对地表沉降进行敏感性分析,为盾构施工提供参考依据。     

软土地基大直径地铁盾构隧道衬砌结构受力特性数值分析研究

为得到能真实反应软土地基大直径盾构隧道结构受力特点又能保证衬砌结构安全的设计模型,结合广州轨道交通4号线南延段大直径地铁盾构隧道结构现场实测结果,采用ANSYS软件研究适用于软土地基大直径盾构隧道衬砌结构设计的计算模型。基于反分析得到的设计模型,对水平侧压力系数、地基弹簧刚度、管片厚度、管片接头位置、管片分块数量等影响大直径盾构隧道衬砌结构受力特性的因素进行敏感性分析。结果表明： 1）采用地基弹簧模拟底部反力并通过调整弹簧的范围可得到既能真实反映衬砌结构受力特性又能保证结构安全性的计算模型; 2）衬砌结构受力对侧压力系数和管片厚度敏感,对地基刚度不敏感; 3）接头位置变化和管片分块数量主要影响布置地基弹簧范围内的管片受力。     

双线平行盾构掘进对邻近浅基础建筑物影响理论分析

为解决双线平行盾构隧道施工对邻近浅基础建筑物的变形及弯矩变化的影响问题,并对实际掘进工况给出施工建议,利用Sagaseta纵向地表变形计算公式,推导出双线平行盾构掘进影响区内浅基础建筑物地基、基础和结构协同作用的力学模型,分析得到浅基础框架建筑物变形以及弯矩变化规律。研究结果表明:盾构隧道掘进区内,浅基础框架建筑物的弯矩大小随着开挖面的靠近逐渐增大,开挖面到达建筑物正下方附近时达到最大值,之后又逐渐减小;建筑物倾斜率越大,梁端弯矩和底层柱对基础的约束弯矩也越大;双线平行盾构先后掘进相比同时掘进引起的建筑物倾斜更小、沉降变化更加缓和,框架结构及基础梁的弯矩更小,且随着先后掘进开挖面距离的增大,弯矩变化曲线逐渐由V型转变成W型;建议双线平行盾构施工时尽量避免同时掘进,并进一步加强对建筑物首尾沉降差及倾斜率的监测。     

基于纵向沉降曲线的黄土地层盾构土舱压力分析

为分析黄土地层盾构土舱压力设置问题,根据西安地铁4 号线区间盾构隧道施工过程建立盾构施工数值模型,基于对模型不同位置处地表沉降量的监测,通过将不同监测点的地表沉降曲线转换到同一坐标下进行对比,分析土舱压力对掌子面前方未开挖地层的影响,进而提出盾构土舱压力合理取值方法。研究结果表明: 1)盾构掘进对掌子面前方地层的扰动具有累积性,地层的变形具有滞后性,即盾构对掌子面前方地层挤压或支护不足时对掌子面前方地层的扰动会不断累积,表现为各监测断面的沉降曲线量值和分布规律不一致; 2)当土舱压力与地层土压力相平衡时,各监测断面的监测曲线基本相似,针对设置工况,土舱压力为0. 1 MPa 时,地表沉降曲线落在同一狭长区域内,即表明该值为与该地层相匹配的土舱压力值。     

盾构隧道下穿既有建筑施工监控分析

以成都某轨道交通工程盾构下穿既有公安局工程为背景,提出洞内深孔注浆和地层注浆加固的控制措施,通过数值模拟方法建立三维地层结构模型,模拟盾构全开挖过程,探明盾构近接穿越过程中地层以及建筑物的受力特性。结果表明,地层沉降在开挖过程中持续增长,增长速率在掘进至建筑物下方时最大;在开挖下穿段,管片变形变化显著;“工”字形建筑物两端沉降相对更大且在靠近线路处沉降达到最大,建筑物倾斜变形在掘进至正下方时最为明显。结合施工监测数据,在掘进过程中应及时根据监测数据调整盾构参数,保证建筑物沉降量与变形速率均满足施工监测要求。