盾构隧道掘进时地层参数变化对地表沉降的敏感性研究

在盾构隧道施工中,地层参数的变化对地表沉降影响较大。文章依托上海北横通道工程,利用三维数值分析方法,总结了粘聚力、内摩擦角和压缩模量等地层参数变化对地表沉降的影响规律,并基于参数敏感性分析理论,得到了各地层参数对地表沉降的敏感度。研究结果表明:对于不同埋深的盾构隧道,粘聚力、内摩擦角以及压缩模量的增加都会明显减小地表沉降;地层参数中,粘聚力对地表沉降的敏感性最低,地层的压缩模量对地表沉降的敏感性最高。     

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。     

郑州砂性地层盾构穿越电力隧道数值计算分析

文章针对郑州地铁盾构法隧道近距离叠交穿越电力隧道的施工工况,应用ABAQUS软件对地铁隧道穿越电力隧道施工进行数值模拟,研究分析了郑州砂性地层盾构施工引起的地表以及电力隧道的沉降规律。计算结果表明,地表沉降最大值位于两隧道中心,约12 mm;电力隧道最大沉降值位于盾构隧道与电力隧道交点处,最大值约15 mm,在规范要求沉降范围内。基于研究成果,采取针对性施工措施后,地表沉降与电力隧道的沉降得到了有效控制,确保了电力隧道的安全。     

软土层特性对斜坡路基沉降及变形影响研究

为研究软土层特性对斜坡软土路基沉降及变形影响的规律,文章基于有限元方法建立斜坡软土路基数值模型,分别针对不同软土层厚度、坡度、粘聚力及内摩擦角对路堤水平位移和沉降值的影响进行模拟分析。研究结果表明:软土层厚度的增加会导致路堤水平位移和沉降值增大;软土层坡度的增大会增大路堤的水平位移和沉降值,坡度超过6°后增长幅度更为明显;软土层粘聚力和内摩擦角的增大可以有效减小路堤侧向变形和防止路堤发生过大沉降,但粘聚力超过15 kPa和内摩擦角超过20°后该提升效果会有所下降。研究结果可为斜坡软土路基设计工程提供理论借鉴。     

邻近建筑物盾构隧道开挖引起的地表沉降预测研究

城市地铁区间施工主要以盾构法为主,但盾构法施工会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。目前对邻近建筑物地铁隧道施工引起的地表沉降分布规律研究偏少,且Peck经验公式在预测沉降时忽略了建筑物的存在及其刚度的不同对沉降分布曲线的影响。文章通过分析盾构隧道开挖邻近建筑物时引起的土体变形规律,得出如下结论:当地表沉降分别呈"塞形分布曲线"、"偏态分布曲线"和"正态分布曲线"的变化时,隧道分别在位于建筑物正下方、扰动范围内以及扰动范围外的三种工况下进行施工,同时给出了"塞形分布曲线"和"偏态分布曲线"的计算公式及相关参数。通过分析算例验证盾构隧道开挖位于建筑物不同位置处引起的地表沉降呈"塞形曲线"、"偏态曲线"和"正态曲线"分布的合理性,可为邻近建筑物隧道施工及设计提供理论指导。     

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。     

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。     

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。     

关于土的空间变异性对盾构隧道施工影响的探讨北大核心CSCD

为探讨土的强度参数的空间变异性对盾构隧道开挖引起的地表变形的影响,选取黏聚力和内摩擦角作为随机变量,采用Karhunen-Loève方法对随机场进行离散,利用Matlab软件将土性参数随机场与FLAC 3D模型单元一一映射,并使用FLAC 3D进行分析计算。结果表明:土强度参数的空间变异性对地表变形的影响明显;竖直方向相关长度的影响大于水平方向相关长度的影响;地表水平位移受到的影响比地表沉降受到的影响更大;竖向相关长度小于1倍隧道直径时,多次模拟得到的地表沉降值符合正态分布,据此可利用确定性分析结果估算地表沉降变形超限概率或确定控制沉降量。     

富水砂层浅埋地铁隧道深孔注浆扰动机理研究

针对青岛地铁隧道穿越富水砂层施工过程中存在的涌砂、涌水等不稳定性问题所采取的深孔注浆加固措施,文章结合地铁3号线某区间富水砂层隧道工程实例,通过FLAC3D数值计算与现场实测手段进行了富水砂层地区地铁隧道施工中深孔注浆加固扰动机理研究。研究结果表明:(1)注浆深度和注浆压力对地层扰动变形影响显著,应综合考虑、合理选取,青岛富水砂层地区宜采用1.4~1.5 MPa的注浆压力;(2)地表持续隆起时,双线隧道上方的地表地层呈现M状隆起,隧道中线部位注浆压力对地层扰动影响明显,隆起最大位于拱顶部位;(3)地表在注浆初期迅速隆起,掌子面开挖至监测断面前-3D范围内时地表开始快速沉降,-2D范围内沉降放缓,开挖通过监测断面后至1D范围内地表较快沉降,然后逐渐趋于稳定;(4)注浆施工对建筑物的影响程度要小于单纯的地表抬升,上方建筑物随地层的M状变形出现正曲率变形,损害建筑物结构时,建筑物墙体一般会形成倒八字裂缝;(5)隧道内拱顶沉降和净空收敛均在下穿监测断面时变形较快,当开挖至距监测断面2D范围后,变形趋势逐渐减小,至3D范围后逐渐趋于稳定。     

响应面分析法在隧道相似材料试验中的应用

基于数理统计响应面分析法中的二次回归通用旋转法,将粘聚力与内摩擦角作为铁路隧道软弱围岩的研究指标:以重晶石、石英砂和凡士林等混合物作为铁路隧道软弱围岩的相似材料,通过应力控制式三轴试验仪进行常规三轴试验;利用非线性同归分析的方法对实验结果进行分析,分别得出相似材料配比与围岩粘聚力及内摩擦角的变化规律.综合考虑粘聚力与内摩擦角两个指标之后,最终得出与模型试验所需围岩条件相匹配的相似材料的重晶石、石英砂与凡士林的最佳配比为9.25:4.56:0.67.     

南昌地区盾构施工引起的地表沉降分析

隧道施工影响下的地表沉降是有规律可循的。综合运用统计学分析方法,对南昌轨道交通1号线7个区间隧道的697个地表沉降测点的数据进行统计分析。得出了盾构法施工轨道交通区间地表沉降值的分布规律和地表沉降槽宽度参数反弯点距离、地层损失率的一般特征,给出了地表沉降槽曲线反弯点距离与等效轴向埋深的关系,提出了较为合理可行的地表沉降控制标准。     

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.     

临近端头井盾构开挖引起土体沉降数值分析北大核心CSCD

文章以南昌地铁2号线雅苑路站施工为例,基于小应变硬化土体(HSS)本构模型,建立从端头井始发的双线盾构隧道掘进模型,分析了基坑开挖与双线盾构掘进共同作用下的土体沉降规律。结果表明:(1)加固盾构始发区土体可有效减弱区域范围内地表沉降,该区域内地表沉降量远小于区间隧道沉降量;(2)在同一埋深条件下,先建隧道地表沉降最大值高于后建隧道地表沉降最大值,地表横向沉降槽呈现非对称W型;(3)基坑开挖与盾构掘进共同作用下引起的地表沉降值,可以由二者单独作用产生的沉降值叠加计算得到。     

复杂条件下浅埋暗挖地铁车站施工地表沉降规律分析

文章以沈阳地铁中街站大跨度隧道工程为研究对象,应用FLAC3D计算软件,对复杂条件下浅埋暗挖大跨度隧道引起的地表沉降变形特征进行了数值模拟。根据洞桩法施工开挖方案,紧密结合工程实际,将动态施工开挖过程划分五个工况进行模拟,分析各施工工况对地表变形的影响和分布规律,并按工程信息化施工要求事前将预测数据提供施工单位,以指导施工控制地表沉降。模拟结果表明,采用洞桩法开挖施工过程中,对地层土体扰动较大,明显影响隧道中心附近地表变形的步序是小导洞开挖和初期支护扣拱施工阶段,约占最终沉降量的70%;而其他步序影响较小。最终,地表沉降在隧道横向分布呈"W"形态。模拟结果与现场监测数据具有较好的拟合性,表明利用数值分析方法预测大跨度隧道施工期地表沉降是可靠的。     

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。     

深圳富水复合地层地铁隧道暗挖施工引起地表沉降规律的研究

城市地铁设计必须了解所处地区地铁隧道施工引起地表沉降的规律。文章依托深圳地铁5号线工程实例,在对其18个暗挖区间隧道庞大的地表沉降监测数据合理选取的基础上,采用数理统计方法对选取的超过22 000个数据进行了整理和分析,得到了各个暗挖区间地表沉降沿隧道纵向和横向的总体分布和变化规律。研究结果表明:在各暗挖区间中地表最大累计沉降的分布规律是不均匀的,最大的达到了688.7 mm,最小的仅有7.8 mm,平均为82.3 mm;而隧道横向地表沉降的范围也各不相同,最大为140.47 m,最小为28.63 m,平均为46.78 m;实测数据与现有规范允许的最大地表沉降控制标准差别较大,建议采用适于深圳富水复合地层地铁隧道暗挖施工地表沉降新的三级控制基准。     

长赣高铁临近侧穿黄花机场跑道段隧道施工工法比选

长沙至赣州高速铁路临近侧穿黄花机场跑道段隧道施工,需对地面沉降进行严格控制。文章选取暗挖法、盾构法、管幕法以及顶管法等四种常见施工方法进行数值模拟分析,对隧道施工过程中的周围岩体应力、塑性区开展情况以及地表沉降的变化计算结果进行对比分析。结果表明,暗挖法施工造成的地表沉降量较大,达到2cm以上,对于隧道开挖本身以及地表各种建筑物造成较大影响;而盾构法、管幕法以及顶管法施工,能够有效地控制地表沉降量在5 mm以下,能够满足隧道施工及机场运营安全的要求;结合工程造价及技术条件等因素综合考虑,最终推荐该段施工采用管幕法。     

暗挖大跨地铁车站增量位移反分析研究

文章采用均匀设计法对围岩密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角5个因素的16个水平进行了数值仿真试验设计,并借助有限差分法对暗挖大跨地铁车站施工进行了三维计算,获得了不同试验设计条件下不同工序的地表沉降位移值。以计算结果中临时支撑拆除引起的11个观察点的增量位移作为BP神经网络的输入集,以相应工况的岩土体参数作为BP神经网络的输出集,完成了BP神经网络的训练和学习工作;然后将现场实测到的临时支撑拆除导致的位移作为BP神经网络的输入参数,反演出了相应的岩土体参数;最后将该套反演参数代入FLAC3D进行三维仿真计算,得到了岩土体的位移结果,并采用现场实测的7个测点的地表沉降增量对该套参数的合理性进行验证。结果表明,以临时支撑拆除这一工序引起的地表沉降增量为考察指标,采用均匀设计法和BP神经网络可以快速有效地获得暗挖大跨地铁车站围岩的等效物理力学参数,指导暗挖大跨地铁车站的设计与施工,保证工程施工和周边环境安全。     

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。