南京上软下硬地层盾构半敞开式掘进关键技术研究

上软下硬地层造成盾构施工风险增加,引起地表沉降增大。文章以南京软硬不均地层盾构施工为工程背景,通过分析盾构掘进过程中开挖面的稳定性及相关施工参数的规律,提出了复合地层中适宜的盾构掘进模式及辅助措施,地表沉降分析验证了该施工方法的可行性和可靠性。     

邻近既有深基坑的盾构法隧道施工地层变位分析

文章针对盾构隧道邻近深基坑推进的工况,进行室内缩尺模型试验,并建立了对应工况下的盾构隧道-土体-基坑围护结构三部分共同作用的三维有限元计算模型。通过对比同一工况下的室内模型试验和数值计算结果,验证了三维数值分析的可行性和可靠性;得到了邻近既有深基坑的盾构法隧道施工引起周边地表沉降的分布特点及其变化规律;分析了盾构隧道开挖引起的横断面不同深度处地层位移的特点;分析了隧道上方的地表沉降分布受邻近既有基坑的影响及沉降值随盾构隧道推进进度的变化规律,得到了盾构隧道对基坑围护结构的位移影响情况;并提出了盾构隧道施工过程中对周边地表沉降、地层变位及基坑围护结构位移与变形进行实时监测的建议。     

深圳地铁富水软弱地层工程性质及开挖后沉降特征研究

为研究富水软弱地层工程性质及开挖后沉降特征,文章通过室内试验对深圳地铁国贸至老街区间隧道的地层物理力学参数进行了测定和分析,结果表明:(1)该区域地层存在较大孔隙和微裂隙且相互贯通,土体压缩性高,固结沉降大;(2)地层倾向于散粒体,含水量大且含砂多,施工排水易冲刷夹带松散颗粒而导致地层损失难于控制;(3)地层强度低,隧道开挖时围岩稳定性差。以上因素导致此类地层具有开挖影响范围广、地层沉降大并易发生地表塌陷的显著特征。实测地层沉降验证了试验结论的正确性,国贸至老街区间隧道开挖引起的地表沉降最大值约为193.5 mm,地表沉降槽宽度约为80 m,并发生了2次地表塌陷事故。可见,隧道开挖引起的地层沉降与地质条件密切相关,通过地层物理力学特性预测隧道开挖引起的地层沉降是必要的和可行的。     

大直径泥水盾构施工引起的地表沉降分析和对策

鉴于武汉长江隧道工程复杂边界条件,为了确保盾构施工安全,保护周边建筑物,因此在施工过程中,必须根据隧道覆土厚度、地质条件、周边环境条件,合理设置与控制泥水压力,确定合适的同步注浆量等,以控制非正常的地层损失、避免灾害性地层损失、控制地表沉降、避免开挖面坍塌。本文结合武汉长江隧道盾构施工经验,对大直径泥水盾构推进中对周边环境的影响因素进行分析,并就地表沉降控制和预防灾害事故及事故处理的一些体会进行总结。     

引入地层特征值M_S对盾构隧道施工引起的地面沉降规律的初步研究

文章以北京地铁某盾构区间隧道为研究对象,通过分析地表沉降监测数据,提出了以改进双曲线模型拟合地面沉降规律、用特征值M_S评价盾构施工条件下地层情况的方法,并研究了地层参数与地表沉降之间的关系。结果表明:盾构隧道施工引起的地表沉降规律符合双曲线分布特征,且在30 d时基本稳定;M_S值越大,地层条件越好,地面沉降越小;改进双曲模型参量与地层特征值M_S存在一定规律性。该研究成果对盾构施工中的地表沉降变形预测具有一定的参考价值。     

西安地铁九号线区间“先隧后井”合理开挖方案研究

风井横通道穿越既有盾构隧道管片施工是"先隧后井"法施工的难点,选择合适的开挖层数、台阶间距及管片的破除方式对开挖面的稳定、邻近盾构隧道管片的安全及地表沉降控制是极为重要的。文章以西安地铁9号线某区间为工程背景,构建"先隧后井"法施工的3D有限元模型,并根据地表沉降实测值,进行盾构隧道掘进过程的追踪模拟和地层参数反演分析。结果表明:采用分层分台阶留核心土方法来开挖横通道较为合理,其中开挖层数建议为4层,台阶间距建议为3 m,在横通道掘进穿过既有盾构隧道管片时,应先破除与横通道交界处两侧管片,再破除中间部位管片,且在破除管片前应放松影响区内管片之间的连接螺栓,减少对管片的纵向和环向破坏。     

考虑盾构隧道壁后间隙与注浆分布模式的地表沉降随机预测方法

盾构隧道施工中的壁后间隙、注浆分布模式、开挖面土体变形是影响地表沉降的三个主要因素,而这些因素又与地层条件和施工工艺密切相关,但现有研究中对这些因素量化分析的成果较少。文章基于随机介质理论,将上述三个影响因素分别用等效间隙量Δ1、等效间隙分布角α和负土体损失量Δ2来表示,推导出了盾构隧道施工中三维地表沉降预测公式,并将计算参数Δ1和α对地表沉降的影响进行量化分析;同时,根据实际工程中的沉降监测数据对参数取值进行反演分析,得出了盾构隧道施工中预测地表沉降的三维解。将文章提出方法的计算值与实测沉降值、修正Peck公式的计算值分别进行对比发现,该方法能更真实地预测实际地表沉降的大小和分布特征,证明了提出方法的合理性和反分析参数的可靠性。     

砂-粘土复合地层盾构隧道地表沉降规律研究

文章依托深圳地铁11号线宝—碧区间盾构隧道工程,基于现场实测地表沉降数据和数值模拟分析,探究砂-粘土复合地层盾构隧道施工引起的地表沉降规律。采用高斯峰值函数对隧道横断面沉降数据进行拟合,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量和地层损失率等表征横断面沉降特征的重要参数。与软土地层和砂卵石地层沉降槽宽度系数比较,砂-粘土复合地层沉降槽宽度系数小于软土地层且大于砂卵石地层。采用数值模拟计算结合实测数据的方法,研究了在砂-粘土复合地层中隧道埋深、上覆地层条件和隧道洞身处地层条件对地表沉降的影响。研究结果表明,地表沉降受上覆地层条件影响显著,与接近地表地层性质密切相关。     

盾构施工引起的地层分层位移测试技术研究

文章基于对盾构施工引起的地层分层位移的研究分析,提出了一种适用于城市地铁均匀土层盾构施工的高精度地层分层位移的测试技术,并在北京地铁14号线盾构隧道工程中得到了应用和验证。首先,该技术利用锚固平台、静力水准仪和单点位移计组成的地层分层位移综合测试系统,实现高精度、高频率、低扰动的测量;其次,根据盾构掘进空间位置变化过程,在开挖地层均匀、掘进过程稳定的基础上,以刀盘中心为零点,建立盾构掘进动态坐标系,论证了不同深度测点地层位移转换的可行性;最后,使用多元回归分析方法对因盾构施工过程中各参数不稳定产生的差异进行排除,实现了同一竖向钻孔不同深度地层分层位移的精确监测,可有效指导盾构施工引起的沉降控制及复杂地层和环境条件下穿越工程的设计、施工及风险管控。     

新加坡地铁C855标盾构隧道开挖面稳定性分析及泥水压力设定

复合地层中盾构隧道开挖面稳定性一直是盾构隧道工程技术难点之一。新加坡地铁环线属于典型的复合地层,并首次大规模采用泥水平衡盾构施工。文章结合地铁环线C855标段,对复合地层泥水平衡盾构施工中开挖面的稳定性分析与泥水压力设定等问题进行了探讨,基于Anagnostou和Kovari提出的楔形体模型,引进稳定数Ns概念,对沿线开挖面的泥水压力进行了分析计算,综合考虑设备性能、周边环境条件、现场组织与实施等因素给出了泥水压力设定表;并针对工程实施过程中遇到的问题,如开挖面坍塌、泥水逃逸以及降水等情况进行了分析,成果可为其它类似工程提供借鉴与参考。     

软土地层双圆盾构改进研究

双圆盾构工法(DOT)在国内外已经有很多工程应用实例,但在软土地层施工过程中出现了一些异常地表沉降问题.文章结合双圆盾构在软土地层的工程实践和监测数据分析,提出了双圆盾构设备改进建议,并对实际效果进行了分析.结果表明:选用辐条式刀盘在合理的施工管理情况下有利于控制沉降;设置帽檐难以得到显著的沉降控制效果;采用先端混合型注浆管、在注浆[口处设置土压力计和选用合适的浆液材料等改进的盾尾注浆设备可以良好地控制双圆盾构施工引起的地层沉降;千斤顶组合、超挖刀和压重等措施可以很好地解决盾构旋转问题.提出的改进措施为改造与研制适合软土地层的双圆盾构奠定了基础,有助于双圆盾构工法在软土地层中的的推广应用.     

地铁盾构掘进引起的软弱地层沉降分析

昆明地铁首次在含有泥炭质土软弱地层中采用盾构法施工,难度极大。文章依托昆明地铁首期工程实践,考虑含有泥炭质土软弱地层条件下先行隧道施工对后行隧道施工的影响,建立修正的Peck公式对地表沉降进行计算,在此基础上采用数值方法进一步分析该软弱地层条件下地铁盾构掘进引起地层沉降变形规律,并与地层沉降预测经验公式对比。研究表明:本文方法与数值模拟结果以及现场监测数据吻合较好,可以较好地分析含泥炭质土软弱地层中盾构掘进引起的地层变形规律;先施工隧道的外侧地表沉降变化率较大,后施工的隧道外侧地表沉降变化率较小,但横向沉降范围较大;最大沉降量位于两隧道轴线的中线和先施工隧道的轴线之间,主要由先施工的隧道引起。最后,结合盾构施工监测数据,提出了含泥炭质土软弱地层条件下地铁盾构施工地层变形控制技术措施。     

盾构隧道施工对强透水砂卵石地层扰动规律研究

文章以下穿黄河某盾构隧道区间为研究背景,结合现场实际施工情况,揭示了强透水砂卵石地层力学特性及失稳机理,同时根据现场监控量测数据,深入分析了强透水砂卵石地层受盾构施工荷载扰动后的地层沉降规律,并提出了相应的安全控制措施。研究结果表明:下穿黄河段典型断面地表横向沉降值分布呈现明显的离散性,与Peck经验公式预测模型拟合度较低;通过对盾构掘进参数进行合理优化,适当提高盾构推力设定值,严格控制盾构掘进姿态和切口泥水压力波动范围,可有效控制地表沉降变形。     

双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究

盾构法施工中不可避免地会对周围地层产生扰动影响,故加强盾构施工变形控制显得尤为重要。文章以某城市地铁盾构隧道工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟方法,研究了双孔平行隧道施工地表沉降分布规律及影响因素,提出了改进的双线隧道地表沉降预测方法,并与现场实测数据进行了对比分析。研究结果表明:隧道间距越大,形成"W"形沉降曲线特征越明显;隧道埋深越小,沉降曲线由"V"形向"W"形转变所需的隧道间距L越小;土质条件越好,地层扰动影响范围越小,"W"形沉降槽特征也越显著;采用C=L/2i来描述双线平行隧道地表沉降分布特征是可行的,随C值增大地表沉降曲线分布由"V"形—"锅底"形—"W"形发展,"W"形非对称性分布特征与隧道相对间距有关;由本文提出的双线盾构施工引起的地表沉降计算公式计算出的地表沉降预测值与实测沉降曲线吻合较好,可用于双线隧道施工地表沉降变形预测,对盾构隧道研究具有重要理论指导和实践意义。     

花岗岩风化地层中盾构施工风险和对策研究

文章论述了花岗岩风化地层特点,根据地层类型对盾构隧道开挖断面进行了分类,主要分析了五类典型地层,即易结“泥饼”地层、含“孤石”地层、“上软下硬”地层、“硬岩”地层和富水地层中盾构施工的风险,并结合广州地铁三号线工程实践研究分析了应对风险的对策及其效果,对类似地层的盾构施工具有普遍的借鉴意义.     

复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力预测分析

为揭示复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力,文章基于Покровский当层法,将该问题等效为求解均质地层位移及应力分布问题,结合Loganathan修正公式,推导了复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移、应变和应力分量表达式,构建了地层位移场分布预测模型。同时基于理论预测模型,对比分析了工程实例的预测位移与实测数据的差别,讨论了上下层土体弹性模量比n、地层深度z和土体泊松比μ对隧道开挖的影响;在分析含软弱夹层隧道开挖问题时,提出了软弱夹层等效厚度K的概念。研究结果表明:随着n的增加,地表最大沉降值Smax、地表附加水平应力σx和竖向应力σz的最大值均有所减小;随着z的增加,地层最大沉降值有所增大;随着μ的增加,Smax有所减小,地表附加水平拉应力σx和竖向应力σz的最大值有所增加;当软弱夹层等效厚度K增加,Smax有所增加;隧道施工时,上硬下软地层产生位移及应力扩散现象,上软下硬地层产生位移及应力集中现象。     

软弱地层超大矩形顶管盾构隧道近接施工加固方案优选研究

为保证软弱地层中超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全，以某矩形顶管盾构隧道近接下穿既有高速铁路为工程背景，研究超大矩形顶管盾构隧道近接下穿高铁段不同施工加固方案的效果。结果表明：采用超前注浆可使开挖面主动失稳位移减小25.64%，被动失稳位移减小17.65%，轨道沉降减小30.38%。采用人工挖孔桩+D型钢便梁可使开挖面主动失稳位移减小51.28%，被动失稳位移减小29.41%，轨道沉降减小42.31%；现场监测表明，采用人工挖孔桩+D型钢便梁加固后轨道沉降最大值仅为1.65 mm，超大矩形顶管盾构隧道成功下穿既有高速铁路，人工挖孔桩+D型钢便梁保证了超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全和高速铁路正常运营。     

富水砂卵石地层洞内深孔定点填充注浆加固技术浅析

成都地铁富水砂卵石地层中土压平衡盾构施工已经证明是可行的,但盾构施工隧道上方的滞后沉降时有发生,直接影响到地铁上方管线、建筑物和人的安全,严重的会造成等级事故。根据成都富水砂卵石地层土压平衡盾构施工滞后沉降机理分析,提出的洞内深孔定点填充注浆加固技术,能够有效降低滞后沉降的风险,对类似地层盾构施工有一定的指导作用。     

软土地区土压平衡盾构停机实测分析

文章结合杭州软土地层某一地铁区间盾构掘进过程中的两次较长时间停机事故,研究了土压平衡盾构在软土地层中停机期间地层的变形特性。分析结果表明:在盾构停机过程中,沉降影响范围超过5倍盾构直径,远大于正常掘进情况下3倍盾构直径的影响范围;盾构前方土体呈现整体沉降的规律,其沉降槽不能被Peck正态分布公式拟合;在盾构重新启动时,与正常掘进相比,盾构千斤顶总推力急剧上升。究其原因认为,在停机过程中,受扰动结构性软土强度恢复影响,导致盾构与土体之间摩阻力大幅增大所致。本文结果对研究软土地区盾构施工因故停机期间地层及盾构响应特性有一定借鉴意义。     

盾构施工扰动地层的再固结沉降分析

通过实测数据的统计分析,对盾构施工引起扰动土体的再固结沉降进行研究和讨论,初步提出从实测数据处理中得到再固结沉降量的方法,得到盾构隧道施工扰动地层再固结沉降的历时关系。