天津地铁盾构施工对地表沉降影响的风险评估及精细化控制研究

目前我国城市地铁建设中对地表变形的要求愈加严格,仅依靠工程经验已很难实现。结合天津地铁天津站-建国道站盾构区间试验段的现场监测结果,对掘进过程中盾壳摩擦力、刀盘扭矩、掌子面压力和注浆压力等盾构掘进参数对地表沉降影响进行参数化模拟分析,并针对盾构掘进参数的波动造成的地表沉降计算结果进行风险损失等级的可拓法风险评估,基于风险损失评估结果以及盾构掘进参数实测结果进行统计分析得到风险失效概率,从而计算出各致险因子的风险值并提出相应的精细化控制措施。结果表明： 1）该隧道试验段致险因子按风险值从大到小依次为盾壳摩擦力、注浆压力、掌子面压力、刀盘扭矩; 2）在该区间后续下穿高速铁路的盾构掘进过程中,针对风险值较大的盾壳摩擦力、注浆压力波动制定精细化的风险控制措施,最终使地表沉降稳定在5.1 mm,满足了铁路运营的要求。     

盾构隧道注浆填充率对地层沉降影响的研究

以上海软弱土层为背景，通过数值模拟结合离心机试验，研究了不同注浆填充率对施工期和施工后地表沉降的影响。分析结果表明:注浆填充率越大施工期地表沉降越小，工后沉降越大；注浆填充率对施工期和工后地表沉降的影响与隧道埋深有关。     

软土地层中盾构施工参数对地表沉降的影响研究

为了解决软土地层中盾构隧道施工参数对地表沉降的影响问题,通过对杭州某地铁区间盾构施工进行监测,分析软土地层地表沉降的一般规律,结合该区间盾构隧道施工,采用ABAQUS有限元软件分析了注浆压力、浆液弹性模量、土舱压力等因素对地表沉降的影响。研究表明:土舱压力对地表沉降影响最大,注浆压力次之,浆液弹性模量的影响最小。地表沉降由土体塌陷沉降和土体固结沉降2部分组成,在盾构试掘进阶段对施工参数进行调整和优化,能较好地控制地表沉降。     

砂土覆盖型岩溶地层盾构隧道施工地面注浆加固实例分析

隧道沿线溶洞的加固处理是岩溶地层中盾构隧道施工的关键。以广州地铁某区间盾构隧道施工为背景,论述砂土覆盖型岩溶地层中盾构隧道施工面临的主要工程地质风险;由溶洞处理流程入手,从溶洞处理判断标准、注浆填充方案、注浆材料选择以及注浆加固效果检验等方面详细介绍盾构隧道施工中通过地面注浆加固进行溶洞处理。同时,对监测区间内溶洞注浆加固效果以及隧道掘进引起的地面、房屋沉降情况进行监测分析。研究结果表明： 溶洞注浆加固效果良好,隧道掘进造成的地面房屋沉降变化平稳,地面注浆加固处理在砂土覆盖型岩溶地层盾构隧道施工中具备一定的工程适用性。     

北京地铁8号线盾构施工参数对古旧平房群沉降规律的影响分析

以北京地铁8号线二期某区间盾构工程为背景,通过对现场沉降监测结果进行分析,并将分析结果与盾构施工参数对比,研究盾构法施工中的盾构施工参数（包括掘削面稳定参数和注浆管理参数）对沉降规律的影响,总结盾构施工参数变化与沉降规律之间的关系。主要研究成果如下： 1）在盾构掘进过程中,需要从掘削面稳定和注浆质量管理2方面来实现对地面沉降风险的控制; 2）施工中实际掘土量超过设计掘土量较多的区段,地层损失率相对较大; 3）对于盾构长距离下穿古旧平房群工程,浆液总注入率在200%~350%有利于地表沉降的控制。     

基于大数据的盾构掘进与地质关联关系分析方法

为解决盾构掘进参数设定主要依赖盾构司机的经验，且掘进过程中影响因素较多，很难做到掘进参数与地质参数有效关联的问题，依托盾构TBM大数据平台的海量数据，通过施工经验对关联掘进与地质的参数进行选取和分类，并确定关联参数的范围。通过参数范围界定、数据连续性分析和数据频次统计等方式进行数据的初步清洗；通过提取变量的数字特征建立分布统计算法模型库的方式，对数据库中的数据实时处理，去除异常数据并确定经验区间的频数分布；通过对各关联参数的组合检索，进行关联参数的可视化分析，得到不同盾构在各类地质中主要掘进参数（如刀盘转速、刀盘转矩、掘进速度、油缸推力等）的经验区间和关联关系。将该关联分析方法部署在盾构TBM大数据平台，经过长时间的应用和现场反馈，验证了该方法的适用性和有效性，对盾构施工及盾构选型具有积极的指导作用。     

合肥地区复合地层盾构掘进参数控制研究

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D 岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层 3 种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C 和壁后注浆压力p 对地表沉降和围岩变形 响应的影响规律。研究结果表明: 1)支护力N 和注浆压力p 对地表沉降的影响受地层和埋深的限制较大,收缩率C 则相对较小; 2)从地表沉降上看,盾构掘进参数(N、C、p)对软土层的影响最大,复合地层次之; 3)p 对管片上浮和管片内力的影响显著,不宜设 置过高,软土层对p 最为敏感,硬岩和软硬复合地层次之。最后,将这些影响规律应用于合肥地铁4 号线某区间的盾构掘进参数控 制中,结合现场数据分析,结果表明盾构掘进姿态正确,地表沉降稳定,掘进参数合理可靠。     

基于FP-Growth算法的盾构掘进参数与隧道管片渗漏关联性分析

为研究隧道管片渗漏与盾构掘进参数之间的关联性,对关联规则中的Apriori算法与FP-Growth算法进行比较,选择FP-Growth算法作为文章研究使用的关联规则算法。选取关键掘进参数并对其数据筛选、划分及编码。采用FP-Growth算法,结合Matlab数据分析语言编程,挖掘基于掘进参数频繁项集的管片渗漏关联规则,分析关键掘进参数渗漏原理。依据渗漏频繁项集和渗漏规则,推荐4个关键掘进参数组合的预设范围,并应用在某隧道东线的盾构掘进中。结果表明,关键掘进参数组合优化后的成环管片发生渗漏的概率降低29.36%。     

砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究（双语出版）

针对隧道工程中新建隧道小角度斜下穿既有隧道工程中亟待解决的难题,以西安地铁1号线二期张家村-后卫寨区间左线盾构下穿既有1号线出入段线为工程依托,通过现场调研、数值模拟和现场监测等方法进行施工参数对轨道既有隧道和轨道高差的沉降规律（重点进行对轨道高差的控制）研究。选取土仓压力、注浆压力、注浆量等施工参数,其中注浆量用注浆厚度间接体现,构建三维数值计算模型,并对结果进行分析,依据分析结果给出合理的盾构施工参数建议值,在此基础上进行现场监测,验证给出的施工参数建议值对轨道高差的控制效果。研究结果表明：随着土仓压力、注浆压力的增大,既有隧道的沉降和轨道高差不断减小,当其土仓压力超过0.10 MPa、注浆压力超过0.22 MPa时,既有隧道沉降和轨道高差控制效果不再明显提高;既有隧道沉降和轨道高差随着注浆厚度的增大而减小,其与注浆厚度均近似呈线性关系,因此适当增大注浆范围是控制既有隧道沉降和轨道高差的有效方法;确定的施工参数建议值为0.10 MPa（土仓压力）+0.22 MPa（注浆压力）+0.23 m（注浆厚度）;通过现场监测,既有地铁隧道道床上C,B,G,F四条测线上最大沉降量均在6 mm左右（小于20 mm）,最大轨道高差为1.2 mm（小于4 mm）,均小于规范所要求的控制值,表明以上施工参数建议值对于既有隧道沉降和轨道高差起到了很好控制效果。     

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。     

砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究

针对隧道工程中新建隧道小角度斜下穿既有隧道工程中亟待解决的难题,以西安地铁1号线二期张家村-后卫寨区间左线盾构下穿既有1号线出入段线为工程依托,通过现场调研、数值模拟和现场监测等方法进行施工参数对轨道既有隧道和轨道高差的沉降规律(重点进行对轨道高差的控制)研究。选取土仓压力、注浆压力、注浆量等施工参数,其中注浆量用注浆厚度间接体现,构建三维数值计算模型,并对结果进行分析,依据分析结果给出合理的盾构施工参数建议值,在此基础上进行现场监测,验证给出的施工参数建议值对轨道高差的控制效果。研究结果表明:随着土仓压力、注浆压力的增大,既有隧道的沉降和轨道高差不断减小,当其土仓压力超过0.10 MPa、注浆压力超过0.22 MPa时,既有隧道沉降和轨道高差控制效果不再明显提高;既有隧道沉降和轨道高差随着注浆厚度的增大而减小,其与注浆厚度均近似呈线性关系,因此适当增大注浆范围是控制既有隧道沉降和轨道高差的有效方法;确定的施工参数建议值为0.10 MPa(土仓压力)+0.22 MPa(注浆压力)+0.23 m(注浆厚度);通过现场监测,既有地铁隧道道床上C,B,G,F四条测线上最大沉降量均在6 mm左右(小于20 mm),最大轨道高差为1.2 mm(小于4 mm),均小于规范所要求的控制值,表明以上施工参数建议值对于既有隧道沉降和轨道高差起到了很好控制效果。     

泥水盾构穿越赣江断裂破碎带施工关键技术

为研究复杂地质条件下泥水盾构穿越断裂破碎带施工技术,以南昌市轨道交通1号线秋水广场站—中山西路站区间隧道工程为背景,对NFM-07泥水盾构穿越赣江F5断裂破碎带施工难点进行分析,从掘进开挖控制、出碴量与泥水质量控制、同步注浆和二次注浆4个方面研究高水压条件下破碎带开挖面稳定施工技术,并通过对施工记录资料的统计分析,得到泥水盾构掘进参数、泥水参数、同步注浆和二次注浆参数建议值,最后针对穿越破碎带可能出现的施工风险提出建议措施。本工程泥水盾构穿越破碎带施工过程安全、顺利,采取的稳定控制技术实施效果良好。     

地铁下穿运营铁路路基控制措施及变形特征分析

依托轨道交通11号线复武区间下穿武昌火车站站场工程，采取优化盾构设备选型、地面注浆超前加固、减小土层损失率等控制措施，并进行有限元数值模拟，研究盾构区间下穿铁路引起的路基沉降及轨面变形特征。结果表明：地层损失率控制在0.5%以内可有效控制路基沉降；随着盾构区间掘进，轨道沉降最大部位有由左线区间向右线区间移动的趋势，整个掘进过程中轨道变形增加比较均匀；在左线、右线贯通的工况下，土体应力重分布对轨道差异沉降有显著影响，使两侧轨道的沉降位移差逐渐减小，整个掘进过程轨道变形值满足控制标准要求。     

大直径盾构下穿密集建筑沉降控制技术研究

以广州地铁18号线番南中间风井—番南1号盾构井区间下穿蔡二村为例，采用Peck公式分析了盾构施工对建筑物和地表的影响程度和影响范围，提出了合理的沉降控制技术，并对施工过程中的沉降进行了监测和分析。结果表明:在双线盾构下穿后，地表会出现明显的双沉降槽变形趋势；通过合理选择掘进参数和注浆加固方案，可使地表和建筑沉降控制在安全范围以内。     

圆砾及粉砂地层盾构下穿重要建(构)筑物施工技术研究

昆明市轨道交通首期工程得胜桥站—环城南路站区间主要地质条件为圆砾及粉砂地层，盾构需下穿文物保护建筑、老旧民房等重要建（构）筑物。通过减小刀盘直径、增大开口率、采用三步注浆模式、控制掘进参数、模拟试验段掘进等措施成功穿越了各重大风险源。实施结果表明:既有的建（构）筑物沉降量可控。     

深圳强风化砂岩地层中盾构下穿桩基的环境效应

依托深圳地铁龙岗线西延段福少区间盾构隧道施工工程,选取无桩、单桩与多桩存在条件下的三个监测断面,对盾构施工过程中的瞬时地表沉降与稳定地表沉降进行数值模拟,并与实测结果进行对比,研究桩基对盾构掘进过程引起的地表沉降的影响。结果表明:监测点距离隧道轴线的距离越近,产生的地表沉降值就越大;桩基所在位置监测点的地表沉降明显大于附近监测点,而多桩所在位置的沉降值在整个区段达到了最大值,且影响范围也更大,此外,多桩区域稳定沉降与瞬时沉降的差值也大于单桩或者无桩情况下的差值。为了防止盾构下穿桩基造成地表沉降过大、桩基失效等不良环境效应,提出了调整盾构掘进参数、跟踪注浆等施工控制措施。     

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。     

盾构隧道交叉近接运营地铁隧道无线监测及反馈技术研究

以长沙市轨道交通3号线灵官渡站至侯家塘站盾构区间近距离立体交叉下穿运营中的地铁1号线为工程背景,对无线监测技术及其相应的反馈分析进行了研究。研究中对盾构掘进参数、无线监测特点及方法、监测断面及监测点布设等阐述的基础上,采用自动监测、无线传输技术对运营中的长沙地铁1号线盾构管片的变形、轨道板横向沉降差进行实时监测,并对监测数据进行反馈分析。通过研究得到盾构掘进中土仓压力控制在1.0~1.3 bar、注浆压力控制在3.0~3.6 bar时,各监测断面的收敛变形及轨道板的横向不均匀沉降均在0.5 mm以内,远小于《城市轨道交通结构安全保护技术规范》规定的预警值,说明在该盾构掘进参数控制下运营中的地铁1号线区间隧道处于安全状态。     

双线隧道下穿桥桩沉降变形分析及控制措施

以北京地铁19号线某盾构区间下穿京开高速立交桥桩为背景,使用FLAC 3D软件建立三维数值模型,模拟分析在未采取加固措施时,桥桩最大累计沉降量达4.63mm,超出控制值。因此提出"袖阀管地面注浆"与"洞内径向注浆"相结合的加固技术,采取地层加固措施后,桥桩最大累计沉降量为2.68mm,较未加固情况下减少约42%,满足设计要求。并确定了盾构下穿段的主要掘进参数,最后将桥桩沉降及地面沉降监测数据与数值模拟结果对比,研究表明,采取地层注浆加固措施、精细化控制盾构主要掘进参数、优化渣土改良参数可有效控制桥桩和地面沉降;数值计算所得的桥桩最大累计沉降量及地面沉降量与监测结果较为吻合,可以为盾构施工提供参考和指导。     

基于应力释放率的大跨径回填土隧道的围岩稳定性研究

以重庆轨道交通环线单洞双线区间隧道某标段为例,采用有限元软件Midas/GTS进行数值分析,研究回填土隧道围岩应力应变随施工过程的变化规律,并探讨了应力释放率以及注浆不同尺寸对围岩稳定性的影响。研究表明:大跨径回填土隧道开挖完毕,拱顶沉降最大值出现在隧道开挖起始端,水平净空收敛最大值出现在开挖末端;隧道应力释放率增大,拱顶沉降和水平净空收敛增幅剧烈;管棚注浆起始厚度为0.4m时,隧道拱顶沉降、水平净空收敛值、路面沉降分别减少36.5%、47.0%和18.6%,注浆厚度由0.4m增加到1.6m,隧道拱顶沉降和水平净空收敛值分别减少14.2%和14%。