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。     

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。     

暗挖交叠隧道地表沉降实测分析

北京地铁6号线北海北—南锣鼓巷区间隧道工程为北京地区首例暗挖交错重叠隧道工程,区间隧道从上下平行逐级过渡为左右平行,隧道开挖方式为先开挖右线隧道(下行隧道),再开挖左线隧道(上行隧道)。文章通过对该工程18个地表沉降监测断面实测数据进行分析,得出暗挖交错重叠隧道施工引起的地表变形规律。研究结果表明:(1)随着双线隧道角度的增加、距离的减少,地层沉降重叠效应显著增加,后建的左线隧道开挖对地表沉降影响也逐渐增加;(2)左线隧道施工改变了地表沉降槽的形式,使双线隧道地表最大沉降值的位置偏离右线隧道,沉降槽宽度增加;(3)既有结构的存在阻挡了地层变形的传递,减小了地表的变形,双线隧道的减小程度比单线隧道大;(4)采用深孔注浆的方式可以有效控制地表沉降,减少施工对周边环境的影响。研究成果可为同类工程地表变形控制提供参考。     

超大直径泥水式盾构施工地层变形规律研究

文章以南京市纬三路过江通道大直径双线盾构(φ14.5 m)工程为背景,结合现场监测数据,对超大直径泥水式盾构在砂、砂卵石地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析。研究结果表明:盾构隧道地表纵向变形分为四个不同阶段,分别为隆起、快速沉降、缓慢沉降和最后稳定阶段;单线隧道施工地表变形可用Peck公式描述,拟合得到Vl值平均为1.856%,K值平均为0.423,整体呈现单峰状;双线隧道施工地表变形呈不对称双峰状,这是因为后建隧道的施工增加了地表最大沉降值以及沉降槽宽度,进而改变了沉降槽的形状;双线隧道施工地表变形可用双Peck公式进行描述,K值与隧道数量、施工历史情况无明显关联,Vl值与施工方法、质量控制及双线隧道施工顺序有关。研究结果可为类似工程提供指导及参考。     

浅覆土砂层土压平衡盾构始发掘进对环境的影响分析

盾构始发和到达安全掘进控制技术是困扰盾构隧道施工的主要难题之一。盾构进出洞施工中,面临掌子面失稳、土体坍塌、涌水涌砂、地表沉陷、盾构"抬头及磕头"等诸多施工风险。本文从基坑及隧道的破坏模式,塑性区分布范围出发,通过有限差分法针对易受扰动的浅埋砂层地层盾构始发段进行了研究,为加固区范围大小的选择提供了依据。研究表明,在不采取加固措施时,基坑开挖后隧道始发段的竖向位移、拱底的隆起和最大纵向挤出变形量均过大,显示基坑将发生坍塌等破坏。当盾构始发段主要加固措施为旋喷桩,加固后的土体的物理参数得到了显著的提升。本文在此基础上得出了旋喷桩的合理加固区域。     

盾构隧道下穿对地下管线的变形影响研究

为研究盾构下穿对管线的影响范围,文章以杭州地铁5号线某区间盾构下穿燃气管工程为依托,基于Mohr-Coulomb屈服准则建立三维数值模型模拟盾构下穿管线的分步开挖施工工况,计算结果表明G2破除引起隧道主体结构拱顶沉降、盾构下穿引起管线G1、G3、G4的沉降均在安全限值内。通过研究管线沉降规律发现:(1)若盾构隧道在开挖前土体被扰动,则隧顶沉降比未扰动时大、对隧底隆起无影响,对隧顶沉降主要影响区为扰动土体前后1.5D范围,距离越近影响越大;(2)隧道下穿管线掘进过程中,在距二者平面交点0.5D范围内管线沉降变化明显,超过1.5D后管线基本稳定并达到最大值,施工期间应重点关注。     

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。     

地铁隧道盾构掘进对上跨地道基坑稳定性影响研究

地铁隧道盾构掘进对上跨基坑变形稳定特性和施工安全控制有着显著影响。文章依托呼和浩特市在建地道与在建地铁2号线"十"字交叉工程,通过数值模拟和实测监控对比分析,研究地铁隧道盾构掘进过程对上跨地道基坑稳定性影响规律。结果表明:受地铁下穿影响,基坑围护墙发生沉降和向基坑内侧变形,钢支撑轴力变化较小,主要以沉降变形为主,未加固时最终沉降累计值达16 mm;基坑下土体加固可显著减小基坑支护结构变形,沉降值可减少为未加固时的30%。有限元建模数值分析能够反映地铁下穿对基坑支护结构变形影响的一般规律,可为基坑围护结构的设计提供一定的理论依据。     

多因素下双线盾构隧道施工引起的土体变形研究

考虑多因素(土体损失、正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆力)的作用下,文章首先提出了改进统一土体移动模型的方法,其次建立了力学计算模型,对双线水平平行盾构隧道施工引起的土体变形计算方法进行研究。根据弹性力学Mindlin解,对多因素中后3个因素引起的土体变形理论解进行计算,基于统一土体移动模型解对土体损失引起的土体变形理论解进行计算,最后叠加得到多因素下总的土体变形理论解。采用该方法对杭州地铁1号线的纵向地表沉降、纵向水平位移及不同深度处的土体竖向位移进行计算,研究其变化规律;同时对水平位移变化的影响因素进行分析。研究结果表明:随深度改变,在最大沉降量附近10~13 m横向范围内的土体沉降会产生改变;土体水平位移方向随计算点和隧道的位置关系变化而发生改变;随着两隧道间距J的增大,双线隧道深度附近的土体水平位移减小,地表附近处的水平位移值变化值不大。     

双线盾构隧道近接下穿既有隧道结构沉降变形与施工节点控制分析

城市新建地铁隧道穿越引起既有隧道变形的规律是工程领域研究的热点。文章依托某新建盾构隧道近接下穿既有盾构隧道工程,对施工全过程的实测数据进行整理,结合数值模型计算结果,重点分析了新建左、右线依次穿越过程中既有双线隧道沉降变形规律,进一步对阶段受扰动土体稳定性进行分析。结果表明:(1)时间维度上,穿越过程中既有结构竖向变形趋势与施工阶段具有一一对应关系;(2)距离维度上,隧道结构变形随着距穿越中心距离减小而增大,规律与模拟结果一致;(3)根据既有隧道变形量及变形速率,穿越开始阶段可作为沉降控制的关键节点;(4)既有隧道穿越中心区域沉降量远小于模拟值,实际沉降变形实现重新分布,验证了施工关键节点控制的有效性和结论的准确性。     

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.     

扬州膨胀土地层深基坑受力与变形特性研究

为研究扬州膨胀土地层中深基坑施工过程受力与变形特性,文章基于扬州某隧道工程深基坑开挖实例,进行了大量现场实测分析,结果表明:(1)围护结构深层水平位移最大值位置基本位于基坑开挖面以上0~7 m范围内。最大深层水平位移值约处于0.13%H~0.34%H之间,墙顶竖向位移处于-0.13%H~0.11%H之间;(2)立柱隆沉值位于-0.05%H~0.17%H之间。相邻两立柱的差异沉降值为0.14%;(3)地表沉降值约位于0.04%H~0.14%H之间,最大地表沉降值在距离基坑边0.5H_e~0.7H_e范围内,影响范围约为2.5H_e。而最大地表沉降值与最大围护结构侧移的比值约为0.27~0.42范围,地表沉降值远小于围护结构水平位移值;(4)孔隙水压力和侧向土压力在施工中逐渐减小,土压力包络线为典型的梯形包络线的形式,土压力位于1.07γH_e包络线范围内;(5)膨胀土基坑在施工中表现出明显的膨胀变形。分析得到的各项受力与变形值范围,对于扬州膨胀土基坑设计和施工变形控制具有一定参考价值。     

基于局部刚度修正法的盾构隧道下穿历史保护建筑数值模拟分析

局部刚度修正法可以考虑接头和手孔对管片衬砌环的刚度影响,其假定管片接头及手孔附近区域的刚度应该进行修正,而管片其余区域的刚度却保持原有刚度。文章考虑管片环向接头引起的衬砌环刚度折减,采用小应变硬化土本构模型分析盾构掘进引起的衬砌结构内力、地表沉降和周边土体位移响应,建立了隧道-土体-建筑相互作用的三维有限元数值模型,并在上海地铁11号线双线区间盾构隧道下穿越历史保护建筑物工程中进行了应用。作为对比,建立了基于惯用法的三维数值模型,并与现场实测结果进行对比,结果显示,局部刚度修正法和实测值吻合更好。模拟结果表明,既有建筑不仅改变了地表的沉降槽,而且极大地减小了沉降槽相关点的水平位移;既有建筑的扭曲值与隧道开挖面和既有建筑的位置有关,且最终既有建筑的扭曲值并未随施工的结束而减小,而是保留了较大的残余扭曲。文章所提出的模拟方法可为软土地区盾构施工扰动控制研究提供参考。     

超大直径盾构隧道下穿铁路施工的离心机模型试验研究

盾构隧道近接下穿运营高速铁路施工会引起地基下沉、轨道不均匀沉降等病害,严重影响线路的正常运行,甚至会对铁路造成破坏。为研究超大直径盾构隧道动态掘进过程对地表城际铁路沉降影响,文章以武汉两湖超大直径盾构隧道斜下穿城际铁路项目为依托,通过土工离心机模型试验模拟了超大直径盾构隧道近接下穿城际铁路施工中盾构接近-下穿-驶离铁路的整个动态过程。研究结果表明:(1)盾构掘进对铁路路基的影响主要集中在下穿点前后各25 m范围,距下穿点25 m之外盾构掘进对铁路路基的影响很小;(2)盾构掘进过程中,下穿铁路前由盾构掘进引起的铁路路基沉降约占掘进全过程引起铁路路基总沉降的36%,下穿后约占64%,下穿后铁路路基沉降速率迅速增加,且大于下穿前;(3)以盾构掘进下穿过铁路15 m处为分界点,在此之前在盾构掘进方向左侧的路基沉降大于右侧的路基沉降,在此之后则相反,最终盾构掘进方向右侧的铁路路基沉降大于左侧。     

盾壳摩擦对周围土体工作性状影响的研究

文章以天津地铁二号线东南角站至建国道站区间左线盾构掘进项目为依托,采用ABAQUS对盾构掘进过程产生的地表沉降进行了计算,并结合工程实测结果对其进行验证,并进一步分析了在一定掌子面推力下的盾构掘进过程中,不同盾壳摩擦作用对周围土体变形与受力的影响。研究结果表明:盾壳摩擦作用对土体沿掘进方向的水平位移和附加应力影响较大,且影响最敏感区域位于盾构机头和盾尾附近;当距离隧道超过一倍隧道直径时,盾壳摩擦产生的土体附加应力衰减至可被忽略的程度。     

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。     

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。     

基坑施工对下方既有盾构隧道结构变形影响分析

文章针对骑跨于既有盾构隧道之上的基坑工程,按实际工况进行了开挖支护的平面应变有限元模拟,其中土体采用修正剑桥弹塑性模型.计算结果表明:隧道开挖致使周边土体呈X形的塑性区,且地下连续墙对于该塑性区开展有遮挡效应;当隧道位于基坑开挖中心线正下方时,隧道几乎不发生水平位移,且基坑开挖对位于其下方的已建隧道的竖向位移的影响较水平位移大,故当地下连续墙端部与隧道竖向间距足够大,隧道拱底与拱顶水平位移逐渐趋于相同.     

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。     

考虑蠕变与渗流作用的软土基坑开挖模拟研究

为研究渗流与蠕变的相互耦合作用对软土基坑开挖的影响,文章以深圳地铁11号线前海湾站基坑工程为背景,基于FLAC~(3D)中的渗流和蠕变分析模式,对不同计算条件下软土基坑的桩后水压力、桩位移、地表沉降以及坑底隆起等的变化规律展开研究。研究结果表明:(1)渗流和蠕变作用均会对基坑开挖变形产生较大影响,只有综合考虑这两者间的相互影响,才能保证基坑开挖模拟计算结果与实际相符合;(2)基坑开挖过程中,基坑两侧桩最大位移值和位置都与开挖时间呈指数衰减关系,而基坑两侧地表最大沉降除会在每次降水过程中急速增大外,其余时段则与开挖时间保持相对缓慢的线性增长关系;(3)随着潜水水位埋深的增加,基坑两侧地表最大沉降和桩体最大位移都将线性减小。