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。     

动水条件下富水砂层注浆规律的电法检测模型试验研究

为研究动水条件下富水砂层中注浆浆液的扩散规律,研制了一套由试验主体系统、注浆系统以及量测系统组成的注浆试验模型,同时针对浆液扩散范围检测提出了一种新的方法——电阻率法。研究发现,试验过程中注浆压力与注浆速率关联性较强,动水条件下浆液呈椭球体扩散,且由于重力及上部水流的作用,椭球体的重心在注浆出口下方,注浆有效地改善了富水砂体的物理力学性质。采用电阻率法对注浆扩散范围进行检测具有良好的应用效果,利用电阻率法得到的浆液扩散范围与开挖后结石体的边界基本吻合,表明电阻率法作为检测动水富水砂层中注浆范围的方法是可靠的。     

大直径盾构掘进非对称同步注浆地层扰动规律研究

为了研究大直径盾构施工过程中非对称同步注浆对土体扰动的影响规律，基于钱江隧道南岸始发段超大直径泥水平衡盾构施工，通过有限元方法重点模拟了盾尾同步注浆过程，并与现场监测数据进行对比分析。在既有解析解的基础上通过二次开发实现有限元模型同步注浆压力的非均匀分布模式，使其充分反映非对称注浆工况。模拟中考虑了非对称注浆压力比、注浆率和注浆缺陷分布模式（即局部注浆压力不足位置）等因素对周边地层扰动的影响。研究表明，不对称注浆压力导致沉降槽呈不规则状，注浆压力较大的一侧易发生地表隆起；不对称注浆压力比与地层损失率呈线性负相关；随着注浆率增加，深层土体沉降值不断增加，当深度增加时，这种趋势会更加明显；不同注浆缺陷分布模式对地表沉降有不同程度的影响，顶部注浆孔压力对地表沉降量的影响较大，而腰部注浆孔压力对地表沉降槽宽度系数影响较大，底部注浆孔压力对地表沉降的影响相对较小。     

砂卵石地层盾构施工参数对邻近建筑变形的影响研究

为了降低砂卵石地层盾构施工对邻近建筑物的影响程度,文章基于Midas GTS NX有限元软件构建模型,对不同顶推力、注浆压力和浆液强度下盾构邻近建筑物变形规律进行分析。结果表明:建筑物的沉降变形和水平位移随着顶推力增大而逐渐增大,随着注浆压力和浆液强度增大而逐渐减小;顶推力越小,注浆压力和浆液强度越大,建筑倾斜率越小;当盾构千斤顶推力为110 kPa、注浆压力为190 kPa时,建筑的沉降变形相对较小,并宜选择强度高的注浆材料。     

动水条件下渗透注浆扩散机理研究

渗透注浆过程中,地下水流动对浆液扩散过程有显著影响。基于此。文章应用流体两相渗流理论描。述动水条件下的渗透注浆扩散过程,并建立相应的有限元模型对注浆过程进行数值模拟,分析了动水条件下的浆液扩散规律及浆液扩散范围影响因素。研究结果表明:动水条件下浆液沿顺水流方向呈轴对称的U形分布。动水流场限制注浆影响范围;浆液横向扩散与纵向扩散、顺水扩散与逆水扩散存在明显差异性,注浆压力与浆液流速在注浆孔附近衰减显著;地下水流场与注浆压力是影响浆液扩散范围的主控因素,浆液扩散范围与注浆压力正相关而与动水流速负相关;最后对动水条件下的渗透注浆设计及工艺提出了改进方法。     

砂卵石地层盾构隧道施工对周边环境的影响分析

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及现场监控量测数据,深入分析了砂卵石地层条件下的泥水盾构隧道施工对周边环境的影响问题,并提出了相应的安全控制措施。研究结果表明:在砂卵石地层条件下,左线盾构隧道施工对右线隧道上方堤岸的地层沉降有较大影响;通过对盾构掘进参数进行合理优化,适当提高泥浆浆液参数和同步注浆参数指标,严格控制盾构掘进姿态与泥水压力波动范围,可有效避免对堤岸及邻近建筑物结构安全性的影响。     

富水砂卵石地层中盾构隧道交叉重叠换边施工关键技术

在富水砂卵石地层中,盾构隧道交叉重叠换边施工尚属首次,为解决盾构掘进通过后地表不发生较大沉降、不对道路及管线造成破坏,在工程实施过程中采取了盾构掘进控制、地表注浆加固、洞内顶管注浆加固及施工监测指导施工的信息化施工技术,实践证明是比较成功的.     

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。     

盾构隧道工程中砂卵石地层勘察技术分析

对富水卵石地层的勘察与评价直接影响砂卵石地层中盾构隧道施工的成败。常规的勘察和评价技术方法很难满足富水砂卵石地层盾构隧道施工的技术要求。为了解决富水砂卵石地层盾构隧道施工中遇到的因超挖引起地面沉降、隧道冒顶坍塌、大粒径和高强度漂卵石颗粒的卡塞和剧烈磨损盾构刀盘等问题,文章以兰州市轨道交通盾构隧道富水卵石层勘察评价为例,分析了该地层卵石粒径组成、漂石含量、卵石颗粒饱和单轴抗压强度和卵石颗粒石英含量等参数对盾构选型、施工及设计的影响,归纳了盾构隧道工程所需砂卵石地层参数的勘察技术和方法,提出了盾构隧道施工中漂石颗粒建议分组。对于穿越砂卵石地层的盾构隧道,在勘察过程中,应在盾构隧道沿线进行砂卵石层原位全颗粒分析试验,并针对不同深度内的卵石和漂石含量、尺寸、出现概率进行统计分析。     

盾构隧道管片壁后注浆厚度对隧道抗浮影响研究

在富水粉砂土地层中,地震液化作用易引起盾构隧道管片上浮,进而导致隧道结构破坏。文章通过振动台模型试验与数值模拟相结合的方式,研究了盾构隧道采取壁后注浆措施前后周边液化地层的动力响应,揭示了盾构隧道的主要破坏模式为液化上浮。在峰值加速度保持不变的情况下,采取壁后注浆的方式虽然不能明显缓解地基土的液化趋势,但可以显著降低模型隧道的上浮位移量。数值模拟结果与试验结果表明:砂土液化最先发生在地表及浅层土体处,随着模型深度的增加,砂土的液化程度逐渐降低,即增加隧道埋深有利于降低隧道液化程度。壁后注浆体通过与隧道结构形成整体,间接增大了上覆有效压力,能够抵消地基液化产生的上浮力。对于直径为6.2 m的盾构隧道,通过管片二次注浆孔进行注浆加固,浆液渗透半径达到1.0 m以上将能产生非常明显的抗液化上浮效果。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构隧道碴土改良试验研究

文章以成都地铁3号线盾构隧道工程为背景,进行针对性的富水砂卵石地层碴土改良试验。通过室内试验研究,得出改良剂的合理浓度配比以及在不同含水率条件下泡沫改良的优化掺入比范围。在现场试验中,使用盾构主要参数作为间接评价碴土改良效果的指标,分析了在保证土体改良剂质量的前提下,采用泡沫剂+水在稍密卵石和中密卵石为主的富水砂卵石地层中进行碴土改良的可行性。运用三维有限元数值模拟进一步验证了其室内和现场碴土改良试验结果,得出的盾构隧道碴土改良剂优化配比值以及主要掘进参数值,可为类似在建和拟建工程提供参考。     

环保型同步注浆浆液的施工实践

介绍了应用于上海青草沙原水过江管工程盾构隧道施工的一种新型环保型同步注浆浆液。该浆液具有大比重、高抗剪、低稠度等优良性能以及更加良好的抗地下水及抗稀释性能，特别重要的是，该浆液还解决了该工程对周围环境（原水地周边地下水质）保护的技术难题。     

全断面富水砂层浅埋盾构隧道下穿平房群施工参数研究

盾构在富水砂层中掘进时,容易出现喷涌、地表沉降大、流砂等现象,给掘进施工带来很多问题和困难,尤其是在全断面富水砂层中掘进时,如何控制盾构施工参数显得极其重要。文章结合广州地铁21号线水西站—长平站盾构区间隧道工程实例,考虑了工程实践中盾构穿越全断面富水砂层且下穿薄弱基础的水西村民房建筑的情况,进行了盾构施工措施及试验段掘进参数分析,确定了盾构下穿水西村民房建筑的施工参数。监测结果表明:参数实际控制值与分析拟定值接近,地表沉降可以控制在5 mm内,房屋沉降可以控制在10 mm内,验证了参数选取的正确性。盾构在全断面富水砂层中下穿平房群时,实际土舱压力高于静止土压力,同步注浆量不低于1.6倍的理论值,提高土压力和推力可以有效降低平房群的沉降值。     

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。     

砂卵石地层中大断面泥水盾构泥膜形态研究

文章以南京地铁十号线越长江隧道为研究对象,采用离散元数值模拟与室内模型试验相结合的方法研究了砂卵石地层条件下,大断面泥水盾构隧道施工过程中泥膜生成—破坏—再生成的动态过程以及泥浆渗透范围,探讨了不同泥水压力条件下盾构施工对周围环境的影响。研究表明,采用的离散元方法能较好地重现泥水盾构施工过程中泥膜的动态变化过程;在泥水盾构施工中,泥水压力的选取对控制地层变形与掌子面稳定性具有十分重要的作用;针对砂卵石地层条件采用试验配置的泥浆,在泥水盾构开挖过程中可以形成渗透性泥膜,试验中泥膜最后形成的外曲线为椭圆的纯圆锥体,锥体最大旋转半径约为0.3D,泥膜最大渗透距离在盾构前方0.4~0.5D处,泥膜范围随着盾构掘进而向前推进。     

富水软弱地层盾尾单双液多序注浆及效果研究

在富水易坍塌的软弱地层中,盾尾注浆施工存在一定的技术难度。文章针对该技术难题,从浆液配比及施工工艺改进两个方面进行了深入研究,分析了水泥、膨润土、粉煤灰及水玻璃4种常用注浆材料的7种浆液配比性能和适用性,提出了富水软弱砂层中的单双液壁后多序注浆工艺。该注浆工艺既控制了双液的快速凝结又保证了有效充填,是一套适用于富水易坍塌地层、有利于地面沉降控制的盾尾注浆技术。     

土体劈裂注浆的细观机理研究

为了揭示劈裂注浆的作用机理,文章基于散体理论的颗粒流方法,采用PFC2D软件分析了不同注浆压力作用下注浆过程中劈裂缝的产生以及浆液的扩散规律。运用PFC2D内置的fish语言,建立注浆的复杂模型,通过伺服控制施加注浆压力从而模拟劈裂注浆。模拟结果表明:随着注浆时间的增加,土体首先在竖直方向上出现劈裂缝,然后发生水平方向的二次劈裂;当注浆压力为0.2~0.5 MPa时,土体的劈裂主要发生在半径1.0m范围内;注浆压力0.7MPa时,土体劈裂的范围达到半径1.5m。     

富水卵石层基坑注浆封底隔水处理及参数优化探讨

在富水卵石层地区进行堵水防渗,注浆法是一种既经济又有效的方法。文章以荔浦至玉林高速公路平南连接线平南三桥北主墩基坑底卵石层注浆为例,对浆液类型的选择、浆液配比、注浆压力、注浆工艺等方面进行探讨,并结合施工开挖实际,验证采用水泥-水玻璃双液注浆可保证堵水防渗的效果,为今后富水卵石地区堵水防渗工程提供工程经验。     

盾构掘进辅助气压平衡的关键技术研究

对于埋深大、裂隙水发育的岩石地层以及富水、气密性好的复合地层,按常规全土压掘进模式。盾构负荷大。刀具磨损快,经常发生喷涌,导致效率低下、同步注浆质量差。文章在总结分析广州地铁一号线、二号线、三号线、十三号线实践经验的基础上,提出并明确了盾构施工"气压平衡"模式的定义和优缺点,研究了"气压平衡"掘进的关键技术,分析了采用该模式的次生风险并给出了预防和应急对策,对类似地层盾构施工具有重要的指导作用和借鉴意义。     

地铁隧道全断面注浆对地表隆起影响分析

深圳地铁某隧道暗挖段由于高强度注浆导致地表持续隆起,最大值超过50 cm,且后续开挖过程中地表并无沉降现象发生。考虑到该区段内主要为砂卵石地层,上部与底部分别为少量粗砂和全风化花岗岩复合地层,文章采用理论分析、数值模拟和现场实测手段,从注浆抬升角度对已发生的地表隆起现象进行原因分析。结果表明:从注浆效果来看,注浆对该段松散土体产生渗透压密效果,并在较大的注浆压力作用下产生水力劈裂;劈裂注浆浆液脉络方向多为水平;注浆区两侧旋喷桩的施作改变了注浆地层原有的应力状态,加强了地表隆起程度。