盾构隧道施工引起周围土体超孔隙水压力的分析

盾构隧道施工在推进过程中将不可避免地对周围土层产生扰动,从而在土体中产生超孔隙水压力,导致后期固结沉降。文章基于修正剑桥模型,采用应力路径法,对盾构掘进产生的超孔隙水压力的大小、扰动范围以及分布规律等进行了计算分析,从而得出了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力峰值;同时,通过考虑开挖面土舱压力、隧道中心处土体的静止土压力及土体粘聚力等因素的影响,确定了盾构施工引起周围土体超孔隙水压力的影响范围;在不考虑纵向渗流的前提下,根据达西定律原理推导得出了隧道周围土体超孔隙水压力的分布规律。结合算例分析表明:采用应力路径法得到的隧道周围土体超孔隙水压力的峰值与隧道的埋深呈线性关系;随着隧道埋深的增加,盾构施工对土体的扰动范围及超孔隙水压力的峰值都在不断增加;但超孔隙水压力的变化趋势随隧道埋深的增加逐渐变缓,当H/D=1.5时超孔隙水压力的变化趋势近似为线性。     

杭州地铁1号线盾构掘进对周围土体扰动分析

文章以杭州地铁1号线红普路站—九堡站区间段右线隧道盾构掘进为工程背景,对盾构掘进过程中周围土体的变化情况进行了试验性监测研究,其监测内容包含地表沉降、分层沉降、水平位移和孔隙水压力。通过监测数据分析表明:地表沉降主要集中在盾构通过前接近监测断面和盾尾离开监测断面这一期间;在盾构通过时,隧道盾构外侧土体存在明显沉降,而在盾构通过前、后,土体均有不同程度的隆起,并且横向水平位移较大,受挤压效果明显;盾构切口到达和盾尾离开时,孔隙水压力都会出现突然增大随后迅速减小的变化规律,反映了土体挤压、恢复和松弛等扰动状态。     

考虑施工扰动影响下地铁工后沉降及孔压变化数值分析

目前,地铁施工引起的地基土变形和孔压变化已受到广泛重视。文章依据Henkel提出的三向应力条件下的超孔隙水压力理论,求得隧道起拱线处初始超孔隙水压力,通过MIDAS-GTS建立三维有限元模型,对杭州地铁工后固结进行数值模拟,分析了受施工扰动影响的工后不同时间段内地基土沉降和孔压分布规律。结果表明:施工完成后,土体中的超孔压分布呈左右对称分布,且孔压的消散程度与地基土固结度基本一致;固结沉降主要发生在盾构掘进初期,最大值出现在地表处;固结度越高,由地铁运行所引起的孔压变化量越小。     

降雨条件下炭质泥岩-土分层路堤渗流特性分析

为分析降雨条件下炭质泥岩-土分层路堤渗流特性,文章以西南某高速公路路堤填筑工程为例,采用数值计算软件对降雨条件下炭质泥岩-土分层路堤的渗流特性进行分析。结果表明:在降雨期间,靠近坡面的土体内部易形成暂态饱和区,而在边坡内部未形成暂态饱和区;边坡内部粉质黏土基质吸力下降幅度比炭质泥岩下降幅度大,且距离坡面越远,基质吸力下降的时间越晚;降雨期间坡面土体孔隙水压力上升幅度较大,而边坡内部土体孔隙水压力无明显升高。     

考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究

文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。     

沉桩的挤土效应

本文首先用无限土体平面应变圆柱形小孔扩张理论分析了沉桩的挤土机理，推导出饱和土沉桩时，周围土体中超孔隙水压力的理论计算公式，其次，提出了单桩周围土体水平向位移的经验估算式；通过实例说明如何理论上估计单桩周围超孔弹水压力，给出桩，土界面附近超孔隙水压力的经验式，最后对打群桩引起的超孔隙水压力变化作了定性分析。     

渗漏水对隧道管片接头氯离子侵蚀劣化的影响研究

海底盾构隧道管片接头易发生渗漏水而加速衬砌结构侵蚀劣化。文章考虑管片内海水渗透、氯离子侵蚀及渗漏水等,建立了海底隧道管片接头渗漏-侵蚀数值计算模型,分析了不同外水压及不同接缝渗水量等工况下管片接头氯离子侵蚀运移规律及影响。结果表明:接缝渗漏水导致临近区域渗流场分布形态改变,孔隙水压增大,且外水压的影响作用大于渗水量;接缝渗漏水加重管片接头内侧混凝土侵蚀,外水压越大,其劣化增幅越明显,而渗水量大小的影响可忽略不计;外水压的增大提高了钢筋表面离子含量,使得离子分布不均匀性减小,缩短了钢筋达到临界离子浓度时间,仅外水压较小时渗水量增大可提高同一时间内钢筋表面离子含量;渗漏水状态下,离子运移轨迹向接缝面靠拢,渗水量越大,接缝处离子运移曲线轨迹越密集。     

液化土层中不同刚度隧道结构的振动台试验研究

文章开展了不同刚度隧道模型在可液化地基土层中的大型振动台试验,通过对比不同刚度隧道周围可液化地基土的孔隙水压力和加速度时程及其傅里叶频率幅值谱和隧道结构应变等,分析了隧道刚度对其周围可液化地基土的影响。结果表明,隧道结构刚度越大,对其周围土层的约束越大,使其附近土层的加速度越小,且对其附近土层的加速度傅里叶谱曲线形状的影响也越大;土与隧道结构相对刚度不同,土层沿深度变化的加速度放大系数变化规律不同;隧道刚度较小时,其周围土层越容易液化,且隧道刚度对其附近土层孔压的发展规律影响较大,土层埋深越浅,孔压的消散就越快;隧道刚度越小更能屈从于周围土层的运动。     

盾构隧道开挖面被动极限支护压力的三维解析解

文章基于莫尔-库仑屈服准则,通过优化楔形块体的倾角并考虑土体粘聚力的影响,对现有的楔形块+倒棱台的土体破坏模型进行改进,建立了能够得到盾构隧道开挖面处于被动极限平衡状态下支护压力的三维计算模型;同时推导得出了相应的计算公式,并通过优化计算得到了开挖面处被动支护压力最小时楔形块体的倾角及极限支护压力;结合一算例,将所建模型的预测结果与经典的上限解进行了分析对比,验证了其合理性;最后探讨了土体内摩擦角、土体粘聚力、隧道上覆土厚度与隧道开挖面处被动极限压应力间的相互关系。研究结果表明:土体的粘聚力越大,开挖面处被动极限支护压应力越大,两者呈线性关系;土体的内摩擦角越大,被动极限支护压应力越大,且其变化速率也越快;随着隧道上覆土厚度的增加,被动极限支护压应力逐渐增加,且变化速率越来越快,两者之间近似呈指数函数关系。     

盾构掘进参数对地表沉降的影响分析

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到广泛的应用,由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中备受关注的问题.文章以深圳地铁5号线洪浪-兴东盾构区间下穿广深高速公路立交桥隧道施工为工程依托,通过数值模拟和现场监测,对影响地表沉降的掘进参数进行了模拟分析.计算结果表明,地表下沉与盾构掘进参数密切相关,适当加大注浆压力能有效控制地表沉降;同时,土舱压力与土体原始侧向压力接近时地表沉降量最少.实测地表沉降与掘进参数的关系表明,当注浆量一定时,地面沉降随土舱压力的增加而减小;地表沉降随着注浆量及注浆压力的增大而减小.     

近距离平行盾构隧道施工数值模拟及影响因素分析

文章以西安北站至咸阳机场城际轨道项目为例,通过ANSYS有限元软件模拟分析了新建隧道近距离平行施工对已建隧道产生的影响,考虑了"先左孔、后右孔"和"先右孔、后左孔"两种施工工序,重点分析盾构施工中地层损失率、盾构顶推力和注浆情况的影响规律。结果表明,"先左孔、后右孔"对地层位移和已建隧道管片的应力、应变影响较小;地层损失率越小,地表沉降量越小,产生的地表最大沉降量越小,地表沉降坡度越缓;盾构顶推力越大,地表的沉降量越大,随着盾构掘进深度的增大,地表沉降量逐渐减小,直至趋于稳定;注浆材料的弹性模量越大,地表沉降量越小。     

砂性地层盾构同步注浆渗透距离预测模型与应用

由于砂性地层孔隙率大且孔隙分布的巨大差异性,地层渗透性能具有显著的各向异性特征,所以导致盾构施工同步注浆浆液渗透扩散也具有明显的各向异性和非均质性。针对砂性富水地层盾构同步注浆渗透扩散距离预测方面存在的问题和不足,提出虚拟微元流体柱状结构模型和等效流管浆液渗流模型,构建盾构同步注浆渗透扩散理论模型,建立了浆液渗透扩散距离的理论解。系统研究了渗透性富水地层盾构同步注浆浆液渗透扩散特性及其与浆液黏稠度、土体孔隙比、注浆压力等参数的相关性。结果表明,注浆渗透距离与浆液黏稠度成反比、与土体孔隙比和注浆压力成正比;一定的工程条件下,同步注浆压力存在相对合理的取值区间,压力过小不利于盾尾空隙充填,压力过大则易引发地表冒浆及周边环境安全风险。研究结果应用于实际工程,取得了良好技术效果。     

平导设置对富水山岭隧道排水效应影响研究

地质情况复杂且富水的部分长大山岭隧道,通常会采用平行导坑作为隧道施工运输通道或运营期间的安全疏散通道,但就平导设置对隧道正洞地下水分布情况的影响尚无深入研究。文章在对现有平行导坑设计分析的基础上,分别针对不同水头高度、围岩级别、平导与正洞水平净距及竖向高差等因素,计算和分析了设置平行导坑对正洞水压力的影响。结果表明:初始水头越高的隧道,设平导后水压力降低幅度越大;对于不同围岩级别,正洞水头降低幅度随着围岩渗透系数降低而增大,围岩条件越好,平导排水效应越明显;平导与正洞的水平净距选取可优先考虑施工组织及安全的因素,一般可取20 m左右;竖向位置的变化对水压力分布影响不大,竖向高差不必过大。     

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。     

运营地铁盾构隧道洞门渗漏水病害整治

城市地铁隧道洞门渗漏水病害较多。基于此,文章针对某城市运营地铁盾构隧道洞门出现的渗漏水病害进行了调研,对洞门渗漏水病害的原因进行了分析。结果表明,外部土体扰动、二次注浆不密实形成含水空腔以及洞门处刚性和柔性接触是产生渗漏水病害的主因。通过两起典型的运营地铁隧道洞门渗漏水治理案例阐述了洞门渗漏水治理的技术要点和难点,提出了洞门渗漏水病害治理原则和建议。     

盾构隧道局部渗漏水对其力学特性的影响

针对盾构隧道接头渗漏水导致结构长期运营安全性能降低这一问题,文章建立了接头渗漏水数值计算模型,对接头局部渗漏水条件下管片结构的力学响应进行分析。结果表明:接头渗漏水会导致接头附近管片所承担的外水压力明显减小,且减小量值随着渗流量的增加而增加;管片结构内力随着渗流时间的增加,体现为快速增加、缓慢增加和趋于稳定的三阶段变化特征;结构弯矩与轴力的量值与接头渗漏量呈现正相关性;当接头总的渗漏量相同时,外侧受拉区接头处渗漏水对结构内力的影响大于内侧受拉区接头处渗漏,且单一接头漏水时,接头处的水压力减小量值大于多接头渗漏工况;对于多接头渗漏而言,渗水条件下结构渗漏侧的弯矩值大于未渗漏侧的弯矩值,表现出明显的非对称分布特征。     

地铁盾构隧道施工对近接桩基的影响研究

采用三维有限元方法对盾构隧道近接桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基位移的变化规律.模型中实现了盾构施工过程的步步掘进模拟,采用了接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,并考虑了注浆层硬化的时间过程.计算结果表明,盾构隧道修建时,既有桩基将产生沉降和倾斜,桩基与土体的沉降差导致它们的接触面在地表处产生滑移,桩基顶部向隧道侧挤压,而在另一侧与土体脱离.施工参数的敏感性分析表明,增大顶进力会增大施工期间的桩基倾斜率,但对最终倾斜率影响不大;增大注浆压力则将增大桩基的最终倾斜率.该工作可为类似工程的施工提供参考.     

盾构下穿越已运营隧道的地表变形实测分析

文章基于盾构理论依据,结合上海市轨道交通7号线沪南路-白杨路区间隧道监测实际,对双线盾构下穿越已运营隧道施工引起的地表变形规律进行了探讨,分析盾构隧道下穿越施工引起土体移动的影响因素,为今后同类工程的设计与施工提供参考。     

杭州地铁盾构隧道掘进对建筑物影响的实测分析

文章基于杭州地铁1号线某区间盾构隧道下穿建筑物工程实例,对双线盾构隧道施工过程中引起的建筑物和地表沉降进行了现场监测,并结合盾构掘进系统的数据,对建筑物和地表的实测沉降数据进行了分析,研究了双线盾构隧道掘进施工引起不同位置、不同结构建筑物的沉降规律。结果表明:盾构施工过程中通过控制注浆量和排土量,能有效地控制建筑物的沉降;建筑物基础底面积越大,监测点的沉降曲线越复杂,越需要严格控制施工进程;建筑物离隧道轴线的水平距离越近,监测点的沉降规律和轴线上方地表的沉降规律也越接近。     

盾构隧道施工地层变形三维解及影响因素分析

文章以某区间隧道富水砂层条件下盾构施工过程为研究对象,重点考虑了盾构正面附加推力、刀盘与土体之间的摩擦力、盾壳与土体之间的摩擦力、地层损失及盾尾同步注浆压力五方面因素的影响,建立了盾构推进力学模型。基于Mindlin解,建立了考虑同步注浆压力及刀盘摩擦力影响的地层变形三维解析解,并结合现场监测数据和数值分析结果对其进行了验证。分析结果表明:盾构施工引起的横向地表变形曲线呈"V"形,纵向地表变形历时曲线呈"S"形;刀盘与土体之间的摩擦力引起的地层变形曲线左右两侧呈反对称分布;盾尾同步注浆压力引起地层隆起变形,设置合理的注浆压力并及时注浆能有效控制施工变形。该方法得到的结果更为合理,可用于预测盾构施工阶段的地层变形。