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。     

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。     

软土地层双圆盾构改进研究

双圆盾构工法(DOT)在国内外已经有很多工程应用实例,但在软土地层施工过程中出现了一些异常地表沉降问题.文章结合双圆盾构在软土地层的工程实践和监测数据分析,提出了双圆盾构设备改进建议,并对实际效果进行了分析.结果表明:选用辐条式刀盘在合理的施工管理情况下有利于控制沉降;设置帽檐难以得到显著的沉降控制效果;采用先端混合型注浆管、在注浆[口处设置土压力计和选用合适的浆液材料等改进的盾尾注浆设备可以良好地控制双圆盾构施工引起的地层沉降;千斤顶组合、超挖刀和压重等措施可以很好地解决盾构旋转问题.提出的改进措施为改造与研制适合软土地层的双圆盾构奠定了基础,有助于双圆盾构工法在软土地层中的的推广应用.     

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。     

盾构隧道施工中同步注浆新材料的实验研究

位移的大小是综合控制盾构工法的主要参数之一，盾尾间隙引起的地层损失在总的地层损失中所占比例较大，而减小盾尾间隙及其引起的地层损失较为成熟的方法，是在盾尾后部注浆以填充盾尾的间隙，本文就是从注浆材料出发，将不同注浆材料对地面沉降的影响加以对比研究。     

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.     

地铁隧道施工过古城墙的地表变形及控制措施

西安地铁二号线区间隧道施工对城墙等国家级文物的影响是隧道安全施工中需要解决的关键问题之一。文章针对该地铁工程介绍了上行线隧道盾构下穿护城河及城墙时的地表变形控制措施和施工变形监测方案,并对监测结果进行分析。分析结果表明,隧道盾构施工中,造成地表沉降是多种因素共同作用的结果;盾构施工过程中,注浆必须同步、足量且补浆及时;随着盾构的推进,需要不断调整土压力以适应地层的变化。隧道已经安全通过城墙,表明所采用的地表沉降控制措施和监测方案是合理可行的。     

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。     

福州软土地区土压平衡盾构隧道地表沉降特性分析

文章依托福州软土地区地铁2号线某土压平衡盾构区间隧道,对盾构施工地表沉降监测数据和掘进参数进行分析,总结了地表沉降的特点。结合沉降实测值,给出了地面沉降修正双曲线预测公式的参数。分析结果表明:无论是福州软土地区土压平衡盾构施工引起的地层损失沉降、固结沉降,还是考虑固结沉降的长期沉降均符合Peck公式;盾构掘进时可影响到刀盘前方3D~5D范围,产生少量隆起(沉降);地面沉降主要为盾尾脱离后3~5 d内的地层损失沉降和扰动土体的固结沉降,测量期间分别约占总沉降的65%和32%,实际上固结沉降占比较之更大;修正后的双曲线模型可为福州软土地层类似土压平衡盾构隧道工程条件下隧道中心轴线地面沉降预测提供一定的借鉴,参数a,b和c取值范围分别为-0.14~-0.67 mm/d,-0.028~-0.042 mm~(-1)和-0.89~7.67 mm。     

城市地铁越江隧道上浮引起的土体变形分析

文章基于盾构隧道统一土体移动模型基本假定,建立了隧道上浮作用下的两圆顶部相切土体移动模型;利用Melan公式计算得出了隧道上浮引起的土体变形(上浮力作用下的土体变形,再叠加土体损失引起的土体变形)二维解;应用ABAQUS有限元分析软件,结合在建南昌地铁1号线抚河桥区段工程,建立计算模型,对隧道上浮引起的土体变形进行了模拟计算。结果表明,推导的土体变形二维解与数值模拟结果比较吻合;越江隧道上浮引起的土体变形规律是河底表面呈"倒沉降槽"形,深层土体呈"双弓"形,且其幅度随距隧道轴线距离增大而减小。     

超大直径隧道管片纵向螺栓施工期间断裂原因分析

超大直径盾构隧道施工期间螺栓断裂是复杂的力学过程。它受到盾构施工过程中诸多因素的影响。通过对螺栓受力状况的试验,并结合盾构推进过程中相关参数、盾尾同步注浆量及注浆压力、隧道沉降监测数据,详细分析了管片纵向螺栓断裂的原因,可供类似工程参考和借鉴。     

大直径土压平衡盾构施工穿越建筑物沉降预测及控制技术研究

文章以北京地铁十四号线首次采用大直径土压平衡盾构穿越建筑物施工为例,利用数值模拟对建筑物沉降进行了预测,并与工程监测数据进行了对比分析。研究结果表明,建筑物沉降值和倾斜值在控制标准之内,说明设计施工方案可行;盾尾空隙沉降占最大沉降值的30%~50%,应以此为主采取措施来达到预期的沉降控制目标;地面预埋管注浆是控制沉降有效的辅助措施;盾构施工中土体塑流性改善、掘进参数控制、出土量、盾尾同步注浆、二次补注浆是沉降控制的关键环节。     

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。     

在建盾构隧道突发管片破损病害成因分析及治理措施研究北大核心CSCD

盾构法广泛应用于我国城市轨道交通隧道的建设中,盾构管片的病害问题也越发受到重视。文章针对某地铁在建盾构隧道突发管片破损病害,绘制了管片破损病害展布图,分析了相关资料和检测数据,明确了病害的成因机理,制定并实施了相应治理措施。研究结果表明:管片背后大范围空洞导致围岩对隧道的约束不足,引起已成型隧道在盾构机反推力和扭矩、同步注浆浆液浮力、刀盘水土压力和扭矩等作用下发生类压杆弯扭失稳是导致该病害的主要原因;隧道变形监测数据表明"背后注浆填充+破损部位修复"两阶段治理措施取得了良好的治理效果;盾构隧道施工过程中,应严格管控同步注浆质量,防止隧道轴线偏移引起盾构管片发生开裂破损等病害。     

大直径双模盾构浅覆土无障碍始发变形控制研究

为探究浅埋环境下大直径双模盾构无障碍始发过程中的变形控制策略，依托新建成蒲铁路紫瑞隧道盾构掘进区间工程，利用FLAC 3D软件建立可视化数值模型，并结合现场监测数据和施工参数，对双模盾构无障碍始发全过程进行模拟，研究刀盘切削洞门围护桩时所施加刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响；通过对比不同加固范围的位移控制效果，验证传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下的应用可行性。结果表明：（1）刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响存在地层差异性，黏性地层下的影响效果要显著于圆砾、砂卵石这类非黏性地层；（2）不论何种地层，刀盘推力梯度对于桩后土体位移的影响效果均要显著于推力数值大小；（3）传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下仍可应用，其中横向加固宽度的理论计算值偏于保守，纵向加固长度则基本满足土体稳定性要求；（4）始发段盾构模式转换位置的选择对于后续施工引起的地表竖向位移有着显著影响，建议选在加固区域内或靠近加固区边界处。     

上海崇明越江通道长江隧道工程综述（二）——长江隧道工程实施

本工程选用两台直径15430mm的超大型泥水平衡式盾构机（见图11）进行7．5km长的圆隧道施工,一次掘进完成。 5．1盾构设备性能和特点 盾构机包括本体和后配套系统,全长约134m,总重约3250t,包括刀盘、盾体、盾尾、推进、拼装、同步注浆、运输、导向、数据采集和泥水输送等部件和系统。     

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。     

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。     

大直径泥水盾构施工引起的地表沉降分析和对策

鉴于武汉长江隧道工程复杂边界条件,为了确保盾构施工安全,保护周边建筑物,因此在施工过程中,必须根据隧道覆土厚度、地质条件、周边环境条件,合理设置与控制泥水压力,确定合适的同步注浆量等,以控制非正常的地层损失、避免灾害性地层损失、控制地表沉降、避免开挖面坍塌。本文结合武汉长江隧道盾构施工经验,对大直径泥水盾构推进中对周边环境的影响因素进行分析,并就地表沉降控制和预防灾害事故及事故处理的一些体会进行总结。     

基于实测数据统计的盾构隧道土压力分布规律研究

盾构管片所受土压力大小与盾构隧道施工过程中同步注浆、盾构机姿态、管片及地层刚度等因素紧密相关,上述问题的复杂性决定了已有理论公式和经验方法并未较好地反映盾构管片实际受力状态。文章通过收集35座盾构隧道的52个典型土压力监测断面实测数据,基于实测数据统计分析了盾构隧道土压力分布规律和影响因素。结果表明:(1)盾构管片所受土压力在0~400 k Pa之间的占样本总量的90%以上,经验注浆压力取0.3~0.4 MPa较为合理;(2)管片所受土压力与埋深近似呈指数关系,最大土压力与稳定土压力差值随埋深增大而减小;(3)侧压力系数λ范围为(0.5,2.3),部分超出了规范推荐的Ⅵ级围岩(0.5,1.0)取值区间,直接沿用规范建议值有失稳妥;(4)管片所受土压力与管-土刚度比近似满足二次函数关系,管-土刚度比ψ=1.0时,管片受力最为合理;(5)粘土地层管片所受土压力时空分布具有典型的4个阶段,即拼装阶段—注浆影响阶段—固结收缩阶段—土压力回升阶段,环向土压力具有不对称分布特性;砂土地层土水压力监测曲线分别呈"弱衰减脉冲式波动"和"双驼峰"分布特征,稳定后环向土压力对称分布特性显著,水压力具有"下大上小"的灯泡型分布形态。其结论可为研究盾构隧道土压力作用机理及管片设计方法的完善提供参考和借鉴。