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。     

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。     

泥质粉砂岩地层中后行盾构隧道近接施工对大断面矿山法隧道的影响研究

两条以上隧道近距离施工时,将导致既有隧道与新建隧道结构的受力变化,带来工法、工序与施工对策优化等问题。文章以长沙轨道交通3号线盾构隧道近接大断面矿山法隧道施工为工程依托,针对泥质粉砂岩地层,采用数值模拟和模型试验的手段,研究盾构隧道近接矿山法隧道施工的影响规律,并基于地表沉降准则提出影响分区。研究表明:盾构法隧道施工中,盾构开挖距离研究断面1倍洞径至研究断面完成管片拼装这一过程,是引起对应地表沉降增加及既有矿山法结构附加位移增长的主要阶段;对矿山法隧道结构的影响以竖向附加变形为主,具体表现为矿山法隧道整体上浮,越靠近盾构隧道的结构受影响越大;内力影响表现为矿山法隧道结构内力不均匀变化,靠近盾构隧道一侧结构受压加强,远离盾构隧道一侧结构易发生受拉破坏。     

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。     

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。     

卵石地层地铁隧道近接施工位移特征研究

以北京地铁9号线某区间隧道近接既有铁路桥梁施工为背景,文章基于Hardening-soiJ本构模型采用三维数值计算与现场实测结果相对比的方式,研究卵石地层地铁隧道近接既有铁路桥施工的位移特征。研究得出的结论为:(1)卵石地层岩体较为松散,胶结性较差,围岩稳定性较低,可引入Hardening-soil模型模拟其应力-应变关系;(2)区间隧道开挖引发的竖向位移主要集中在隧道拱顶部位,并随着向地层深部的发展逐渐衰减;(3)地铁区间隧道施工引发的地表沉降可认为是两条单洞隧道地表沉降曲线的叠加,现场实测与数值计算得出的规律一致;(4)既有铁路桥结构最大位移值小于《铁路线路修理规则》的容许位移,现有开挖方式和支护参数满足既有结构安全运营条件;(5)地铁区间隧道开挖引发的地层、既有桥梁结构水平位移整体较小;(6)区间隧道开挖引起的土体扰动主要集中在隧道洞周5.4 m范围内。     

地层特性对盾构法隧道施工地表沉降的影响研究

在软土地区进行地铁隧道盾构法施工时,地表沉降很难得到有效的控制。文章通过三维有限元法模拟地铁隧道盾构法施工过程,分析了软弱土层分布对地表沉降的影响,并通过实测结果分析研究了盾构法施工中土层物理力学特性对地表沉降的影响。研究表明,软弱土层分布在地表至隧道底部以下0.23D范围内时(D为隧道外径),可对地表沉降产生不同程度的影响;其中,软弱土层分布在隧道埋深范围及拱顶0.23D范围内时,对地表沉降的影响最为严重,影响率超过9.910 3%;相同情况下,隧道轴线上方的软弱土层比下方软弱土层对地表沉降的影响更加明显,隧道轴线上方软弱土层对地表沉降的影响是隧道轴线下方软弱土层的1.5～6.35倍;地表沉降最大值分别随盾构断面土层压缩模量加权平均值、粘聚力加权平均值增大而减小,地表沉降最大值与土层内摩擦角加权平均值无明显关系;沉降槽宽度系数i随土层内摩擦角加权平均值增大而减小,与土层压缩模量加权平均值、粘聚力加权平均值无明显关系。     

近距离平行隧道开挖的三维有限元数值分析

利用3D-σ有限元程序对近距离平行隧道的三种典型开挖方式进行了三维数值模拟;分析了在三种不同开挖方式下地面沉降槽形状及发展、土体和隧道的位移特征、岩体横向位移、衬砌内部应力;同时对相向同步开挖的各施工步进行了位移分析。数值分析结果表明,近距离平行隧道采用相向同步开挖对岩层扰动相对较小、地表及隧道位移量较低、衬砌时的应力较小。相向同步开挖与同向开挖时地表沉降槽的形状明显不同。     

软弱地层超大矩形顶管盾构隧道近接施工加固方案优选研究

为保证软弱地层中超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全，以某矩形顶管盾构隧道近接下穿既有高速铁路为工程背景，研究超大矩形顶管盾构隧道近接下穿高铁段不同施工加固方案的效果。结果表明：采用超前注浆可使开挖面主动失稳位移减小25.64%，被动失稳位移减小17.65%，轨道沉降减小30.38%。采用人工挖孔桩+D型钢便梁可使开挖面主动失稳位移减小51.28%，被动失稳位移减小29.41%，轨道沉降减小42.31%；现场监测表明，采用人工挖孔桩+D型钢便梁加固后轨道沉降最大值仅为1.65 mm，超大矩形顶管盾构隧道成功下穿既有高速铁路，人工挖孔桩+D型钢便梁保证了超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全和高速铁路正常运营。     

盾构隧道施工引起的土体变形分析

文章基于弹性半无限空间内的Mindlin解,通过分析侧压力对沉降槽的影响,对地表沉降槽的组成进行了分析,并对单线隧道地表位移的影响参数进行了系统的敏感性研究。其中,地层弹性模量、泊松比、隧道埋深、应力释放系数的改变会影响土体损失,而泊松比、隧道埋深、侧压力系数的改变则会影响沉降槽宽度参数。最后对不同深度地层受隧道施工影响的地层损失和沉降槽宽度参数进行了分析,由于所受约束的不同,与地表水平位移相比,地层中的水平位移明显减小。     

软土地层盾构隧道长期沉降离心试验研究

目前建设于软土地区的盾构隧道在长期服役过程中出现了较大的沉降及差异沉降,影响了管片的结构性能及运营安全。为研究软土地层中盾构隧道长期沉降规律,文章以佛山市轨道交通3号线为工程背景,通过离心模型试验研究盾构隧道在不同厚度的软土地层中长期沉降的发展规律以及隧道周边地基土加固对长期沉降的影响。结果表明:隧道下卧土层性质越差且厚度越大,隧道的长期沉降量越大,长期沉降发展时间越长;同时,隧道埋深较大也会使长期沉降量增大;隧道长期沉降和地表变形都会随地基土加固深度的增加而减小,但减小幅度会逐渐降低,加固深度为3 m,6 m和穿透软弱层时,隧道最终沉降量分别减少了16.7%,30.2%和41.3%,隧道正上方地表变形分别减小了25.4%,44.9%和66.3%。     

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。     

地铁隧道软弱富水地层浅埋暗挖法施工监控量测与分析

利用数理统计和回归分析等手段,对深圳地铁大剧院-科学馆区间隧道的洞内变形、地表沉降等监测数据进行分析,提出了在软弱富水地层用浅埋暗挖法修建地铁隧道时一些规律性的结论,如应及早进行初期支护封闭成环、采用开挖后前5天的位移速度可以预测最终位移等,为该工程的顺利实施提供了科学指导.     

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。     

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。     

邻近隧道及周围地层受深基坑开挖影响的现场监测研究

深大基坑施工诱发的运营隧道变形以及周围土体沉降等施工问题,在我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中受到日益关注。文章基于上海市交响乐团在建基坑工程,结合运营隧道以及基坑围护结构监测数据,分析了基坑不同开挖阶段周边地表沉降、地下连续墙变形、运营隧道收敛变形以及竖向位移的规律和特点。实测结果表明:周边地表总体呈下沉趋势,大致呈抛物线型分布;坑外土体侧斜和围护墙体侧移具有基本相同的变化规律,且均向基坑内侧移,开挖深度对土体侧移的影响并不是简单的线性关系;隧道的水平附加收敛表现为向外拉伸,随基坑开挖的进行,收敛变形增幅明显;隧道净沉降曲线与基坑周围土层、围护结构变形曲线的变化趋势具有较好的一致性;地下连续墙两侧SMW工法加固可有效控制隧道、坑外地表以及地下连续墙的变形。研究成果可为正确制定软土城区基坑施工对邻近地铁隧道的保护措施提供一定的理论依据。     

砂-粘土复合地层盾构隧道地表沉降规律研究

文章依托深圳地铁11号线宝—碧区间盾构隧道工程,基于现场实测地表沉降数据和数值模拟分析,探究砂-粘土复合地层盾构隧道施工引起的地表沉降规律。采用高斯峰值函数对隧道横断面沉降数据进行拟合,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量和地层损失率等表征横断面沉降特征的重要参数。与软土地层和砂卵石地层沉降槽宽度系数比较,砂-粘土复合地层沉降槽宽度系数小于软土地层且大于砂卵石地层。采用数值模拟计算结合实测数据的方法,研究了在砂-粘土复合地层中隧道埋深、上覆地层条件和隧道洞身处地层条件对地表沉降的影响。研究结果表明,地表沉降受上覆地层条件影响显著,与接近地表地层性质密切相关。     

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。     

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。     

深厚软土地层长大深基坑开挖施工的实测与分析

深基坑施工会对周围土体、围护结构及周围环境的安全造成极其不利影响。文章依托佛莞城际铁路长大深基坑工程,针对基坑开挖过程中地表沉降、建筑物沉降、墙体深层水平位移、墙顶水平位移及竖向位移和支撑轴力实施监控量测,并对监测结果进行深入的分析。结果表明:在基坑开挖初期,墙体侧移表现出悬臂弯曲状,水平位移最大值点在墙顶附近处。随着开挖深度的增大,其最大值点位置逐渐向下移动,最终出现在坑底处;基坑开挖60～120 d内,墙顶竖向位移发展非常迅速,墙顶水平位移达到位移总量的65%左右。基坑开挖120 d后,其位移量变化越来越慢;随着基坑开挖深度增大,支撑轴力越来越大,基坑开挖完成后各道支撑轴力均达到最大值。