富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

砂土地层地铁盾构隧道施工对地层沉降影响的模型试验研究

为研究地铁盾构隧道施工扰动下不同埋深处砂土地层损失差异及沉降模式,以干砂为填料,通过逐步释放土体模拟地层损失,对砂土地层盾构隧道施工时由土体损失产生的地表沉降和土体内部地层沉降进行模型试验研究。结果表明:在砂土地层盾构隧道施工过程中,地层损失从地表向下以幂函数形式增长,最大沉降和沉降槽宽度系数与地层损失呈很强的正相关性;随着地层埋深的增加,沉降模式由高斯曲线形式过渡为烟囱状形式,沉降槽宽度系数在增加到一定数值后保持相对稳定状态,而最大沉降持续增长,对地层损失的增加起主要作用。基于统计分析原理,针对砂土地层的高斯沉降模式,建立了不同埋深处砂土地层损失与地表损失间的关系,提出不同埋深处砂土地层损失的计算公式,并结合试验数据修正了不同埋深处砂土地层的最大沉降以及沉降槽宽度系数的计算公式,最终得到不同埋深处地层沉降的计算公式。     

曲线盾构隧道施工稳定性及致险水平研究

小曲率半径盾构隧道施工稳定性影响因素错综复杂,对不同评价指标的作用规律及致险等级差异显著。以济南厚冲洪积地层为地质条件,基于正交试验建立了5因素4水平6指标的小半径盾构施工稳定性综合评价体系,通过多影响因素的定量分析与定性评价,确定了其敏感性排序及致险水平等级。结果表明:隧道埋深与盾构直径对地层变形具有强烈致险作用,随埋深的增大,地表最大沉降值与沉降槽宽度呈线性递增;隧道曲率半径及千斤顶不平衡推力对曲线盾构地表沉降槽偏移与管片两侧差异变形影响显著,随曲率半径的增大,地表沉降峰值点偏移量与管片两侧变形差呈线性递减,管片最大拉应力呈二次函数递减。研究成果对曲线盾构隧道施工的参数评价及风险防控具有重要指导意义。     

宁波地区地铁盾构下穿铁路路基的控制性研究

研究目的:为研究宁波地区地铁盾构下穿铁路路基的变形控制,本文首先基于宁波典型土层,通过数值模拟与Peck经验公式,得出盾构施工引起的各土层沉降槽宽度系数参考值;其次以盾构下穿甬台温铁路为研究背景,通过三维数值模拟的对比分析,研究盾构穿越完全加固区、部分加固区以及非加固区的路基沉降变形规律。研究结论:(1)宁波典型土层可归纳为淤泥质土、黏性土、粉土及砂性土三类,盾构施工扰动引起的K值及沉降槽宽度在三类土中依次减小,最大沉降值依次增加;(2)通过线形回归拟合,首次提出了土层扰动的初始敏感因子和深度敏感因子,随着区间埋深的增加,初始敏感因子作用逐渐减弱,深度敏感因子的作用逐渐增强,当埋深足够大时,地面变形趋于一致;(3)盾构下穿既有加固的铁路路基时,应避免穿越半加固区,在完全加固区与非加固区,盾构下穿引起的路基变形均随埋深的增加逐渐减小,但非加固区内沉降曲线趋于平缓;(4)本研究成果对软土地区盾构下穿铁路的方案优化和安全施工具有借鉴意义。     

地铁盾构施工下穿既有明挖隧道模型试验研究

为探究盾构下穿施工对既有隧道结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市地铁5号线下穿6线隧道为工程背景,基于几何相似比配制地层和结构模型试验材料,并设计试验监测系统。采用直径1 200 mm小型盾构机,试验模拟盾构隧道以不同深度垂直下穿既有6线隧道的施工过程,并分析下穿过程中既有6线隧道和地层土体的沉降变形规律。结果表明：随着既有隧道底部地层距盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为1.5倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道拱顶距离分别为1倍洞径和1.5倍洞径时沉降最大差值为31.25%;6线隧道结构与其下方地层产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于80%。     

滨海孤石地层盾构掘进的稳定性数值分析

孤石是风化岩残留体硬度高强度大,地层存在孤石是阻碍盾构施工的危害之一。依托厦门城轨交通4号线彭厝北站~蔡厝站区间,针对滨海孤石地层盾构掘进的稳定性进行离散元数值分析,分别研究孤石与隧道距离、隧道埋深、孤石位置及盾尾空隙对地层稳定性的影响。研究结果表明:随着孤石与隧道距离增大,地层扰动范围、拱顶衬砌压力变化及地表沉降都有减小的趋势;随着隧道埋深的增大,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,衬砌土压力整体上呈现增大趋势;随着孤石位置逐步远离隧道顶部,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,孤石位于拱肩、拱脚、仰拱底时衬砌压力产生突变;随着盾尾空隙增大地层扰动程度及地表沉降也增大,衬砌拱顶土压力呈增大趋势。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

平行盾构隧道施工地表变位影响因素研究

研究目的:探明平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位分布变化规律,及各制约因素(如围岩条件、隧道埋深、隧道净距、顶推力等)的差异对地表沉隆变位量的影响。研究方法:以西安地铁二号线尤家庄至南康村区间盾构隧道研究对象,引入荷载释放系数和等效刚度系数,采用三维有限元法对平行盾构隧道施工引起地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线分布及变化规律进行了研究。研究结果:揭示了围岩条件、隧道埋深、顶推力、隧道净距等因素差异对平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位的影响,运用三维曲线探讨得出平行盾构隧道施工过程中的地表沉隆变位曲线空间分布变化规律。研究结论:围岩条件恶化、隧道埋深降低、顶推力加大、净距减小等都将导致平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位量的增大,建议工程施工中采取调整顶推力、适当增大隧道净距等措施以降低平行盾构隧道施工对地表环境的影响。     

盾构施工引起地层损失率变化特征

城市地铁盾构法施工对周围土体产生扰动引起地表位移是施工中必须重视的问题。当盾构隧道下穿既有隧道或管线等构筑物时,地层位移不可忽略。以北京地铁14号线方-十区间为背景,采用地层分层位移监测技术体系,通过多元回归分析和坐标转换等方法监测得到某一位置不同深度测点地层位移,研究不同深度地层的竖向位移分布特征以及随盾构推进的动态变化规律,并结合数值模拟进行对比分析。结果表明：地表和不同深度地层都呈现明显正态分布的沉降槽特征,沉降槽最大沉降值从拱顶传至地表过程中逐渐衰减且变形影响范围不断向两侧扩展,埋深较小的沉降槽宽而浅,埋深较大的沉降槽窄而深。实测结果及数值模拟均揭示了盾体通过阶段和盾尾脱出后阶段占有最终沉降较大比例,这为有效充填开挖间隙以及加强盾尾空隙注浆效果以有效控制地层位移提供理论支撑及指导意义。     

盾构隧道施工地表沉隆变位影响因素研究

研究目的:探明盾构隧道施工中各制约因素取值差异对地表沉隆变位分布规律的影响。研究方法:本文以某拟建地铁城市区间盾构隧道试验段为研究对象,引入荷载释放系数和纵向等效刚度系数,采用三维有限元法对盾构隧道施工引起的地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线进行了研究。研究结果:揭示了围岩条件、隧道埋深和顶推力等因素变化对盾构隧道施工引起地表沉隆变位的影响,运用三维曲线探讨了盾构隧道施工过程中的地表沉隆变位曲线空间分布变化规律。研究结论:围岩条件恶化、隧道埋深减小和顶推力增大都将导致施工引起地表沉隆变位影响的加剧,建议工程施工中采取调整顶推力等措施以降低施工对地表环境的影响。     

地铁盾构隧道下穿高铁路基沉降变形特征研究

为降低地铁隧道下穿高铁路基的实施风险,控制工程投资,以北京地铁昌平线南延盾构区间下穿京张高铁路基工程为背景,采用数值计算结合现场检测的方法,对不同隧道埋深条件下盾构隧道小角度下穿铁路路基的路基沉降变化规律、不同隧道开挖顺序对路基沉降的影响、适宜的隧道覆土厚度、加固措施等关键技术问题进行系统研究.研究结果表明:(1)隧道...     

大直径盾构下穿施工对近邻地面构建筑物的影响分析研究

针对大直径盾构下穿近邻地面设施施工工况,建立考虑地层-隧道-构筑物相互作用的三维有限元模型,真实的模拟了盾构施工过程,系统的分析了盾构掘进对地层和构建筑物的沉降影响、刀盘位置对构建筑物的影响;进一步研究了不同位置桩的桩基承载力受盾构开挖的影响。结果表明:地面及构建筑物的沉降影响主要集中在隧道顶部,影响宽度约为隧道宽加两倍隧道埋深;刀盘正上方的地层沉降速率最大;受盾构施工影响,桩顶桩基承载力增大,桩底桩基承载力减小,当桩位于隧道正上方时,桩顶和桩底的桩基承载力的变化最大。所得结论为减小大直径盾构下穿施工对近邻地面构建筑物的影响有一定的指导作用。     

地铁隧道下穿对既有铁路的影响分析及加固对策

地铁盾构下穿既有铁路施工时,土体的扰动会导致既有铁路产生不均匀沉降,对铁路安全运营产生非常不利的影响。本文考虑盾构隧道下穿施工,铁路路基及结构间的相互作用关系,建立结构-路基-土体有限元模型,分析盾构施工过程中铁路路基和框架桥的变形特征,评估工程安全性,提出相应的施工加固措施和加固范围,并与监测结果进行了对比分析,结果表明设计所采取的加固措施是切实可行的。     

左右线盾构超越施工影响下的土体变形规律研究

以武汉地铁3号线区间隧道工程为背景,针对右线盾构超越左线盾构施工这一工程实际,通过数值模拟与现场监测相结合的方法,研究施工过程中地表横向、纵向沉降变化以及深层土体的横向水平位移变化。研究结果表明:地表沉降与沉降槽宽度在右线盾构通过后明显增大;纵向地表在右线盾构通过前先小幅沉降,右线盾构通过后迅速沉降,当右线盾构离开监测断面40 m后沉降趋于稳定;不同深度土体的横向水平位移也不相同,最大位移发生在隧道埋深一半左右。因此,盾构超越施工对先建隧道的影响非常明显。     

地铁盾构隧道下穿高速铁路引起路基变形数值分析

以广州市轨道交通某区间盾构隧道下穿高速铁路路基为背景,通过建立三维有限元模型,分析了采取地层加固措施对于控制既有高速铁路路基变形的效果。通过计算分析可知,加固区的存在能够有效控制盾构隧道施工引起的既有铁路路基纵向和横向沉降及不均匀沉降,从而保证既有铁路安全运营不受影响。     

填海区地铁盾构隧道下穿公路施工地层沉降规律的数值模拟

以深圳地铁2号线盾构隧道下穿填海区滨海大道公路为背景,利用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,研究在隧道施工扰动下,地表的横向沉降和纵向沉降、地层的水平位移和分层沉降的变形规律.仿真计算结果表明:在隧道横断面方向上地表沉降近似呈正态分布,在纵断面方向上地表沉降槽宽度约为15.0 m;距隧道开挖面越近,地层水平位移受车辆荷载和隧道开挖扰动越大;在车辆荷载作用区域,地表沉降和地层水平位移均大于非车辆荷载作用区域,地层的分层沉降和沉降槽宽度均随着地层埋深增加而减小,地层的上部沉降普遍大于下部;在非车辆荷载作用区域,隧道中心线上方的土体沉降随着地层埋深的增加而增加.     

成都砂卵石地层双线隧道Peck公式参数取值研究

基于成都地铁开挖引起地表沉降的大量实测数据,结合成都市砂卵石地层性质,在正常盾构工况下,运用Peck公式对各典型断面实测数据进行位移反分析,得出沉降槽宽度系数i和地层损失率η。深入分析公式中沉降槽宽度i,地层损失率η与隧道埋深及地层物理力学性质相关性,并得出适应于该地层下的Peck公式参数与隧道埋深及地层性质的关系公式和Peck公式参数取值范围。运用沉降叠加原理,建立正常工况下,砂卵石地层双线平行盾构开挖地表沉降预测公式,并与成都其它砂卵石区域盾构开挖地表沉降实测数据进行比较,通过实例验证其适用性。研究结果可为今后成都市及其它地区相似地层下地铁建设提供参考和依据。     

地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路无砟轨道路基的影响研究

以无锡地铁3号线盾构隧道下穿沪宁城际铁路路基为背景,采用理论分析结合有限元单元法,探讨对铁路路基采用混凝土板+钻孔桩+CFG桩联合加固措施的有效性以及加固效果,并将计算结果与施工监测数据进行对比,结果表明:采用加固方案后,当地层损失率为0.5%时,双线贯通后沪宁城际铁路路基的最大沉降变形为0.712 mm,路基加固后的最大沉降是未加固时最大沉降值的11.3%。因此,预加固措施能够有效控制地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路路基过程中产生的沉降变形,满足高速铁路运营安全。     

合肥地区新建盾构隧道下穿铁路路基段地层预加固措施研究

以合肥一轨道交通线下穿合福高速铁路联络线、合武铁路为工程背景,采用三维有限元数值模拟方法,考虑不同地层加固范围,模拟不同加固方案工况下盾构下穿既有铁路引起的铁路路基变形规律,分析不同地层加固方案对路基沉降的影响。结果表明,加固盾构通过位置周边地层能有效控制路基沉降。最后结合本工程的特点及常规盾构施工经验,提出盾构下穿铁路路基施工时可采用的施工技术措施,为同类工程项目提供借鉴。     

长江隧道盾构施工对建筑物的影响及其保护研究

研究目的:分析盾构隧道施工对周围建筑物影响范围和程度,提出盾构隧道施工对建筑物影响等级及保护标准,并进行实例分析.研究结论:(1) 利用Peck理论公式计算的地表沉陷槽与长江隧道盾构施工引起地表沉陷槽实际情况基本相符,Peck公式在武汉地区具有较好的适用性;(2) 建筑物受影响程度主要取决于隧道埋深和建筑物距隧道距离、盾构施工引起的地层损失率等情况,隧道埋深和建筑物距隧道的距离越小、地层损失率越大,则地面变形和建筑物变形也越大;(3) 隧道施工引起建筑物的破坏等级可分为5类,对于受影响程度为Ⅰ～Ⅱ级的轻度影响建筑物,可以不采取保护和处理措施;对于受影响程度为Ⅲ～Ⅴ级的建筑物,必须事先采取有效保护措施.