浅埋EPB盾构盾尾同步注浆压力分析及在隧道工程中的应用

基于Terzaghi松散体土压力理论,分析浅埋EPB盾构因同步注浆引起其上覆土体的沉陷和隆起两种破坏模式,建立盾尾同步注浆压力的计算模型,推导地表处于沉陷破坏和隆起破坏两种极限状态时对应的注浆压力值,得出了注浆压力值取值区间的理论解,为实际盾构施工注浆压力值的设定提供理论依据。将该理论公式应用于某实际工程,证明了该注浆压力合理取值区间可作为施工的参考。     

盾构壁后注浆压力分布计算模型

为了明确盾尾空隙中浆体压力的大小及分布形式.利用宾汉姆流体描述浆液流体性质,推导了浆液注入盾尾空隙后考虑浆液扩散距离和注浆时间相关的浆体压力分布计算模型.该模型通过室内试验获得浆液的塑性粘度和屈服强度值,即可针对具体的工程实例,设置不同的参数(注浆孔数量及布设位置、注浆压力、隧道半径等参数)来计算浆液注入后的浆体压力值...     

软土地层土压平衡式盾构盾尾有限元分析及优化对策

盾构在施工时,盾尾往往要承受大量的水土压力和自重载荷,这些载荷作用在盾尾产生一定的形变量。当形变量超过设计要求时,会造成一定的工程事故。针对软土地层中盾构的工况进行分析,确定盾构掘进过程中盾尾所受载荷。建立三维有限元模型,然后进行计算分析。根据分析结果对盾尾结构进行改进:盾尾采用6点注浆法代替传统的4点注浆法,并对有限元软件进行分析计算,对比6点注浆法和4点注浆法盾尾的分析结果。结果表明,6点注浆法能很好地减少盾尾的形变量,提高了盾构施工质量。     

泥质砂岩地层盾构掘进施工扰动效应与地表纵向变形预测方法

盾构掘进扰动引起的地表变形是施工控制的关键参数。在明确盾构施工不同阶段扰动机制与影响因素的基础上,基于半无限空间体Mindlin解,给出考虑盾构附加推力、盾壳摩擦力、同步注浆压力和地层损失多因素作用下的地表纵向变形计算公式。并通过长沙地铁6号线朝芙区间地表纵向位移实测数据验证了该文计算方法的可靠性。采用该方法分析不同施工参数对地表变形的影响。结果表明:盾构附加推力和摩擦力均造成前方地表隆起后方地表沉降,同步注浆压力使地表发生隆起并在盾尾处出现最大值,地层损失引起地表沉降占比最大;在盾构经过阶段因地层损失、盾构摩擦力和盾构推力的影响,引起的地表纵向位移最大。根据盾构掘进扰动机理及变形影响因素,对盾构掘进过程不同阶段的相关施工控制参数与措施提出了适当建议。     

浅覆土高水压强透水地层注浆法更换盾尾刷技术

为了改变冷冻法止水更换盾构盾尾刷施工成本高、工期长的行业现状,解决浅覆土、高水压、强透水地层更换盾构尾刷止水难度大、渗漏风险高的技术难题,南京纬三路过江通道N线工程采用提前预制特殊管片,增加径向预留注浆孔,不断优化注浆配比、注浆参数和注浆工艺,进行有效注浆的方法,并配以相应的辅助措施,最终达到更换盾尾刷时的止水要求,顺利完成了复杂地质条件下的超大直径泥水盾构盾尾刷更换施工,比采用冷冻法加固止水大大节约了工期和成本,具有较高的社会效益和经济效益。     

考虑注浆填充率的大直径盾构管片上浮解析解与应用

大直径盾构隧道管片上浮问题是目前隧道建设难点。以大直径盾构隧道施工阶段管片上浮问题为背景,研究硬岩地层大直径盾构管片上浮影响因素,并考虑管片壁后同步注浆的填充效果,深入探究大直径管片上浮规律,为盾构施工速度和注浆效果的控制提供参考依据。根据硬岩地层大直径盾构注浆填充率不足的特点,从管片横向受力角度建立单环管片上浮计算公式。基于弹性地基梁理论建立隧道纵向上浮分析模型,通过梁的挠曲线微分方程并结合边界条件与变形协调方程,推导出考虑浆液填充率和时效性的管片上浮变形及内力的简易解析解,进而采用总量法获得了隧道纵向多环累计上浮量。结合工程实例进行了参数敏感性分析,研究结果表明：隧道管片上浮解析解的计算结果与实际工程监测数据吻合良好,能够有效揭示隧道上浮过程中的变形规律、管片弯矩和剪力变化特征;上浮规律表现为激增段、缓降段和平稳段;浆液填充率、时效性和地基基床系数对大直径盾构上浮比较敏感,盾体间隙的增大易导致填充率不足,同步注浆应严格控制注浆压力和注浆量;浆液初凝时间和掘进速度直接决定单次注浆影响范围和上浮力大小。研究结果可用于盾构隧道管片上浮及变形预测,在掘进过程中可根据影响因素与上浮关系进一步调整施工参数,对大直径盾构隧道设计与施工具有一定指导意义。     

基于黏弹-塑性圆孔扩张理论压力注浆锚杆锚-土界面黏结强度计算方法

压力注浆锚杆在隧道、边坡、基坑等支护工程中应用广泛。为了预测锚杆在不同注浆压力下的锚-土界面黏结强度,将锚-土界面法向应力的发展过程分为2个计算阶段：压力注浆时锚孔扩张半径的计算和浆液硬化后界面法向应力的计算。在计算时,将锚孔扩张过程视为无限土体中的瞬时圆孔扩张问题,考虑塑性区土体服从统一强度准则,推导出压力注浆时锚孔扩张半径解答;然后,考虑土体的时变特性,引入黏弹-塑性圆孔扩张理论,采用Merchant模型推导出浆液硬化后界面法向应力随时间衰减的解答;最后,基于库仑抗剪强度公式,建立了压力注浆锚杆锚-土界面黏结强度的理论计算方法。为了验证所提计算方法的可靠性,采用自制的锚杆微元体压力注浆装置,制作了3种不同注浆压力下的锚杆试样并开展了拉拔试验。将获得的试验结果与所提理论计算结果进行对比,并结合已有的压力注浆土钉拉拔试验结果进一步验证。结果表明：提出的压力注浆锚杆锚-土界面黏结强度的理论计算方法能够准确的预测试验数据,可为工程设计提供参考。最后进行了参数分析,结果表明：锚-土界面黏结强度与注浆压力呈线性关系,注浆压力增大能有效提高锚杆的承载性能;锚-土界面黏结强度随着复合模量的增大呈现...     

考虑刀盘摩阻因素的盾构施工引起地层横向位移分析

为了全面和准确地计算盾构施工引起的地层横向总位移值,依据弹性力学Mindlin解,在已有研究的基础上,增加考虑面板式及辐条式刀盘的摩擦力对地层横向位移的影响,给出刀盘的简化计算模型,通过坐标转化和积分的方法分别推导2种结构形式刀盘正面及圆周面摩擦力产生的地层横向位移计算公式,并采用位移叠加的方法,给出盾构施工引起地层横向总位移计算公式,并对已有工程算例计算和分析,将结果与实测值对比。结果表明：计算结果可以反映盾构施工阶段地层横向变形的特点;在盾尾附近的一定范围内,同步注浆压力和盾壳摩擦力对地层横向位移的影响程度较大,为主要影响因素;在刀盘附近的一定范围内,盾壳摩擦力,刀盘圆周面环向摩擦力和刀盘正面摩擦力对地层横向位移的影响程度不可忽略;各因素产生的地层横向位移值随着深度的增加而衰减并向深层土体逐渐扩散;地层横向位移值受刀盘不同结构形式的影响程度较小,分布规律相仿;在刀盘推进面周围的一定范围内,地层横向总位移值正负区域的分布与刀盘的旋转方向有关。     

浅埋大直径盾构隧道施工期衬砌上浮及地表隆起的模型研究

为解决大直径盾构隧道施工过程中出现的浅覆土段隧道衬砌上浮与地表隆起问题，以上海虹梅南路越江隧道工程为背景，对该问题开展理论研究。将引起隧道上浮的上浮力作用分解为基于浆液时变性的静态上浮力和由注浆压力产生的动态上浮力；分别定义上浮力分布段及浆液凝固段的等效地层弹簧刚度系数，基于Winkler地基梁理论建立衬砌上浮模型；由衬砌上浮位移量计算开挖面上部土体的挤压宽度，土体经挤压隆起引起地层“反向损失”，继而求解隧道轴线上方地表横断面隆起曲线及沿隧道长度方向地表位移曲线。结果表明： 1)模型计算所得地表横断面的隆起曲线呈正态分布，与实测数据吻合较好；2)沿隧道长度方向地表位移计算值能够较准确地预测地表最大上浮位移，且在地表上浮位移隆起量减少前与实测数据吻合较好；3)地表隆起位移只在盾尾离开后一段时间内存在，其值先增大后减小，最终趋于0。     

多隧道平行叠交施工同步注浆相互影响及风险预控

针对砂性富水地层浅覆土多隧道平行叠交施工过程同步注浆相互扰动影响及地面渗漏浆等风险预测控制问题,基于同步注浆浆液渗透扩散模型及渗透距离解析方法,研究了同步浆液空间分布特征及渗透扩散距离与注浆压力的相关性,提出了多隧道注浆相互扰动、地面渗漏风险、确保注浆充填效果的注浆压力优化理念,建立了相应的极限注浆压力预测控制方法。理论和方法成功应用于杭州地铁6号线一期SG6-9标段工程施工过程同步注浆风险预控,取得了良好技术社会效果。研究成果对浅覆土渗透性富水地层多隧道叠交施工同步注浆状态预测和风险防控具有借鉴意义。     

基于深度学习的破碎带盾构施工沉降预测分析

为进一步提高复杂地层条件下盾构沉降预测的准确性，以广州地铁7号线1期工程谢村站-钟村站区间盾构工程为依托，针对破碎带盾构隧道沉降控制难题，提出基于深度学习的人工智能预测模型。通过分析开挖面破碎带分布规律，确定将破碎带面积比作为地层特性参数。采用相关系数矩阵分析不同施工参数与破碎带面积比的相关性，确定采用刀盘转矩代表破碎带面积比实时描述地层分布特性。以刀盘转矩、盾尾间隙与注浆量作为输入值，地面沉降作为输出值训练深度学习模型，并利用训练后的深度学习模型进行沉降预测分析。通过分析预测结果与沉降实测值的对比验证预测模型的有效性。     

地形变化对水下盾构隧道合理覆土厚度的影响研究

采用泥水平衡盾构在软土地层中开挖隧道,确定浅埋段的合理覆土厚度是一个重要的技术难点,而河床地面坡度的变化增加了问题的难度。本文依托某过江通道工程,建立盾构隧道在软土中掘进的计算模型,采用理论分析和数值模拟的方法研究地面坡度变化对合理覆土厚度的影响规律,得到如下结论:粘土地层的最小极限支护压力由盾尾通过计算断面时的计算值控制,砂土地层的最小极限支护压力由切口通过计算断面时的计算值控制。合理覆土厚度随河床地面坡度的增加而增加,对于粘土地层,当河床地面坡度大于20°时必须采取辅助施工措施。本文的研究成果对水下盾构的合理覆土厚度的选取提供了依据。     

土岩起伏地层地铁隧道受上部卸荷影响的变形响应研究

为研究土岩起伏地层中基坑开挖对下卧地铁隧道变形的影响，基于Boussinesq解与Mindlin解，考虑土与结构的共同作用，提出土岩起伏地层中基坑开挖引起下卧地铁隧道变形的半解析预测方法。通过系统参数研究，提出考虑土岩分界面埋深影响的隧道最大隆起变形经验预测公式，并预测厦门地铁1号线区间隧道的变形。为确保施工过程中隧道的安全，采用人工与自动化监测相结合的方案，开展基坑施工全过程中隧道竖向变形现场测试。通过对比分析理论预测值和实测数据，验证所提出的经验预测公式的准确性，并结合实测数据进一步探讨岩面起伏对开挖引起的隧道变形的影响规律。研究表明： 1）所提出的经验预测公式可以较为准确地预测不同土岩分界面埋深条件下隧道的最大隆起变形； 2）位于残积土及全风化岩中的右线隧道最大隆起变形比位于强、中风化岩中的左线隧道最大隆起变形大约40％； 3）风化岩地区隧道隆起变形为软土地区隧道隆起变形的1/5~1/4。     

下穿黄河盾构隧道“结构-壁后注浆-土体”结合部渗流研究

盾构隧道结构与土体间存在"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部,黄河下游"悬河"段河水水位高于两岸地表,修建于"悬河"下的盾构隧道"结构-壁后注浆-土体"结合部是否会形成渗流通道,使黄河水体涌入两岸从而影响两岸安全,是穿黄盾构隧道工程与其他穿越江河盾构隧道工程的最大不同之处,也是关系到工程建设是否可行的关键问题。对盾构隧道结构-壁后注浆-土体结合部进行理论简化和数值计算,并模拟了不同工况条件下沿结合部渗入两端的的渗流量,结果表明:壁后注浆对于减小结合部渗流具有重要作用,盾尾间隙厚度对渗流安全影响较小;随着壁后注浆体渗透系数减小,两端涌水量显著减少;盾尾间隙的减小对于降低两端渗流量作用不大。据此提出相应的工程建议:为防止"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部渗流通道形成,衬砌设计中增设注浆孔,施工时适当增大注浆量及注浆压力,防止无注浆空隙的产生,降低壁后注浆体渗透系数是首选措施;通过控制盾构掘进姿态、减少超挖,从而减小盾尾间隙厚度可作为辅助施工措施;施工过程中在隧道内进行壁后注浆开孔检漏试验并根据试验结果进行补充注浆可作为结合部渗流安全的检验、补充措施。     

盾构慢速掘进（停机）沉降影响因素及控制措施探讨

分析和探究软土地层中盾构掘进施工对地面沉降的影响因素以及对沉降进行准确预测,能够为土压（泥水）平衡盾构在不同软土地层中的掘进参数优化和沉降控制提供理论依据。以盾构慢速掘进（停机）工程实例为研究对象,采用理论解析解和三维数值模拟2种方法,计算单纯由盾构施工引起的理论地面沉降量,并与南京宁和城际一期工程新梗街站-天保路站（2号盾构井）区间施工过程中盾构停机时的实际监测数据进行比对总结,从量值差异探究盾构施工引起地面沉降的主要影响因素。分析结果表明,盾构施工工艺参数、超孔隙水压力消散和地层损失是影响盾构施工中地面沉降的主控因素。通过优化施工参数,并采取经济可靠的超前地基处理措施,能较大程度地减小盾构掘进对地面沉降的影响。     

浅谈地铁区间近距离下穿既有车站注浆施工技术

伴随国内迅猛发展的经济形式,地面交通压力问题日益突出,因此向地下扩大城市交通已成为大势所趋。在地下有限空间内要建设地铁运营网,不可避免要出现新建线路与既有线路邻近、侧穿、上穿或下穿等复杂情况。如何在特殊环境下保证既有线"不停运、不减速"的运营要求下安全施工新建线路,已成为此行业急需解决的一个重大课题。通过北京地铁7号线下穿既有5号线磁器口站工程实例,对洞内深孔注浆、小导管注浆、背后回填注浆及径向注浆技术及作用进行剖析,希望能为今后类似工程实践提供一定借鉴。     

饱和承压水砂层排水诱导驱替注浆技术研究

为解决饱和承压水砂层定向诱导注浆问题，提出排水诱导驱替注浆技术。基于达西定律和质量守恒定律，推导排水诱导驱替注浆下渗流压力梯度空间分布方程，得到排水诱导驱替注浆下渗流压力梯度空间分布规律，并结合饱和砂土定向诱导注浆试验对推导公式进行验证。研究结果表明： 1)由于注浆压力与排水压力同时作用于渗流场，渗流压力梯度空间分布曲线呈现先递减后递增的规律。渗流压力梯度空间分布曲线最低点大于启动梯度时，可实现定向诱导渗透注浆。2)推导的理论公式在一定程度上能够反映排水诱导驱替注浆下渗流压力梯度空间分布规律，理论公式计算结果与试验结果一致性较好。3)渗流压力梯度趋于稳定后，理论值与试验值误差为4.4%~29.0%，理论值均偏小，误差处于可接受范围内。4)排水诱导驱替注浆在一定程度上可诱导浆液定向扩散，在饱和承压水砂层内部形成预期的定向加固区域。根据现有的注浆施工经验与试验研究，当注浆材料为双液浆时建议排水诱导驱替注浆最大间距控制在50~90 cm。     

饱和软土地层管幕暗挖法施工风险及对策研究

传统暗挖施工方法难以在含水量高、承载力低的饱和软土地层适用，管幕暗挖法可为软土地层暗挖施工提供新的途径。目前管幕暗挖法设计和施工经验不成熟，工程实施难度大，施工过程风险控制尤为重要。为此，结合上海市轨道交通14号线桂桥路站管幕段工程实例，从风险管控角度论述管幕暗挖法施工过程中管幕顶进精度、MJS加固地内压力控制、内衬墙倾覆、融沉注浆、开挖过程中坍塌和涌水等风险因素，并提出相应对策。研究结果表明： 1）在软土地层进行管幕暗挖法施工大断面地下空间是可行的，施工风险总体可控； 2）管幕顶管顶进工序是管幕暗挖法实施的基础，开挖支撑是该工法施工风险控制的关键工序，同时也是造成地面沉降的主要工序。     

盾构隧道壁后注浆压力对地表沉降及围岩变形的数值模拟研究

以某地铁工程区间隧道为例，采用通用的FLAC程序对盾构区间隧道施工在不同注浆压力条件下引起的地表沉降及围岩变形进行了数值模拟研究。根据该分析结果，综合考虑在工程地面条件允许的沉降范围内，提出了合理的盾构施工同步注浆压力及相应的控制沉降措施。     

考虑盾壳与土体摩擦力的盾构下穿既有地铁隧道施工控制研究

摩擦力是盾构下穿对既有结构施工力学行为影响的重要因素。为明确盾构下穿过程中土舱压力、注浆压力、摩擦力对既有隧道变形的影响规律,给出合理的施工技术参数,考虑盾构自重及土压力分布特征,推导了摩擦力计算公式,分析了摩擦力分布特征,将此计算结果通过Fish语言写入FLAC3D有限差分软件,结合实体工程,对盾构下穿既有地铁隧道施工技术参数进行了系统研究,并通过实测数据验证了研究成果的可靠性。研究结果表明:1)盾壳与土体之间的摩擦力沿盾壳四周不均匀分布,量值随土体内摩擦角、重度及隧道埋深的增大而增加;2)盾构下穿过程中,既有结构竖向位移表现为先隆起、后沉降,其中土舱压力、摩擦力是造成既有结构隆起的主要原因,隆起量随土舱压力、摩擦力的增大而增大;3)盾尾脱离后既有结构沉降主要受注浆压力、摩擦力的影响,沉降量则随注浆压力的增大、摩擦力的减小而减小;4)与不考虑摩擦力的数值计算模型相比,考虑摩擦力的模型计算结果与工程实测数据吻合更好,且既有2号线运营地铁隧道结构变形满足规范所要求的控制标准,验证了研究成果的合理性与适应性。