上软下硬地层盾构隧道开挖面稳定性数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件，对上软下硬地层的盾构开挖过程进行模拟，通过计算分析不同工况下的支护应力比和开挖面最大水平位移之间的关系，得出上软下硬地层隧道施工的安全盾构推力范围。结果表明：开挖面最大水平位移随支护应力比的减小而增大，数值模拟得出的最小支护力变化规律同实测值相一致，且盾构推力的安全参数范围为4.9～6.8。     

上软下硬复合地层双线平行隧道施工影响分析

在隧道建设过程中会遇到上软下硬的复合地层,如何控制复合地层隧道开挖对围岩和地层变形的影响成为亟待解决的工程问题。青岛地铁十三号线(R3)二期工程在施工中,隧道穿越上覆地层以土层为主、下部以岩层为主的"上软下硬"复合地层。通过采用数值模拟和现场监测并反馈的方法对青岛地区"上软下硬"复合地层双线平行隧道围岩变形特征和地层移动规律进行研究。研究结果表明:隧道在穿越均一或复合地层时,围岩和地表会产生不同程度的变形;隧道围岩软硬岩比例越高,隧道拱顶下沉、隧道底板隆起和地表沉降量也越大,且以先行隧道拱顶沉降最为显著,在施工中应加以重视。这为双线平行隧道在上软下硬复合地层施工提供了一定的指导意义。     

合肥地区复合地层盾构掘进参数控制研究

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D 岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层 3 种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C 和壁后注浆压力p 对地表沉降和围岩变形 响应的影响规律。研究结果表明: 1)支护力N 和注浆压力p 对地表沉降的影响受地层和埋深的限制较大,收缩率C 则相对较小; 2)从地表沉降上看,盾构掘进参数(N、C、p)对软土层的影响最大,复合地层次之; 3)p 对管片上浮和管片内力的影响显著,不宜设 置过高,软土层对p 最为敏感,硬岩和软硬复合地层次之。最后,将这些影响规律应用于合肥地铁4 号线某区间的盾构掘进参数控 制中,结合现场数据分析,结果表明盾构掘进姿态正确,地表沉降稳定,掘进参数合理可靠。     

TBM和EPB双模式可转换盾构施工技术在复合地层中的应用

针对南京地铁机场线1号风井-禄口机场区间隧道,在长距离高强度岩层兼上软、下硬复合地层中穿越重要建(构)筑物的施工环境下,采用TBM和EPB双模式可转换盾构掘进施工,既能满足在高强度硬岩中掘进效率,又能保证盾构穿越上软、下硬复合地层时建(构)筑物的安全。     

地铁盾构隧道施工引起地表沉降的数值模拟

以昆明轨道交通某区间盾构隧道施工过程中地表沉降的现场监测数据为基础,运用FLAC3D有限差分软件建立模型,对盾构施工开挖过程进行模拟,计算隧道开挖引起的地表沉降量。讨论了不同围岩应力释放条件下地表变形规律,以及隧道围岩在相同应力释放条件下在掌子面施加支护力前、后地表变形间的联系,同时将模拟计算得到的变形数据与工程实测数据进行比较分析。     

浅埋软岩隧道拱顶下沉预测及二衬合理支护时机

考虑浅埋软岩隧道随掌子面推进距离及围岩弹塑性、流变特性引起的拱顶下沉,再加上掌子面开挖前的拱顶下沉量,推算出拱顶下沉函数的经验计算公式.利用非线性最小二乘拟合对现场数据进行计算,得到拱顶下沉预测总量,依据规范得出浅埋软岩隧道二衬的合理支护时间.     

长株潭城际铁路浅埋高黏性上软下硬不良地层土压平衡盾构施工技术研究

针对土压平衡盾构在高黏性与上软下硬地层中掘进施工容易出现的问题,依托长株潭城际铁路湘江隧道工程,对土压平衡盾构在浅埋高黏性上软下硬地层掘进施工技术进行研究探讨,通过改进盾构泡沫系统、改良盾构刀具配置、优化渣土改良等技术措施,较好地控制了地表沉降,确保盾构安全顺利掘进,通过了浅埋高黏性上软下硬地层。     

软岩隧道超前导洞应力释放力学机制及适用性

为研究软岩隧道超前导洞的适用性，基于经典弹塑性理论，建立深埋软岩隧道超前导洞法开挖应力释放的力学模型，采用2阶段的方法推导考虑超前导洞应力释放的隧道开挖弹塑性解。定义围岩应力释放比来反映应力释放的效果，并研究不同地应力、围岩弹性模量、强度等条件下超前导洞开挖半径对应力释放效果的影响。结果表明： 通过施作超前导洞可以降低作用在支护结构上的围岩压力，尤其是在高地应力环境或围岩较软弱的条件下，采用超前导洞法进行应力释放效果更加明显。但导洞半径并非越大越好，现场试验表明： 对于3车道大断面软岩隧道，导洞断面太大对隧道围岩的稳定不利。隧道施工中，应在保障围岩稳定的前提下进行应力释放，做到初期支护尽早封闭成环，实现隧道安全快速施工。     

基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性。基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式。结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50%时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升; 2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50%时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定; 3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75%后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近。     

基于卸载效应的软岩隧道开挖方案优化分析

为了得到软岩隧道较为合理的开挖施工方案,以某公路隧道软岩隧段为研究对象,借助FLAC3D,对该隧段在不同卸载条件下的开挖方案进行了数值模拟,研究了在不同卸载条件下该隧道软岩段围岩的应力应变特征,并与现场监测结果进行了对比验证。结果表明:开挖卸载过程中,卸载顺序对围岩的受力变形具有明显的影响,开挖卸载面附近形成一个应力降低区,最大挤出位移集中在掌子面或核心土的中心区域,三台阶预留核心土开挖方法最大竖向位移和最大围岩压力均较其它四种开挖卸载方法要小。综合考虑围岩应力、竖向位移、掌子面挤出位移对围岩稳定性的影响以及施工便利,较为合理的开挖方案为三台阶开挖方法。现场监测验证了数值分析的可靠性和三台阶开挖方法的合理性。     

盾构近距离侧穿桥梁及下穿公路变形规律与控制技术研究

以厦门地铁2号线区间隧道下穿天竺山立交桥及沈海高速公路施工为依托，对上软下硬地层盾构隧道侧穿桥梁及下穿高速公路施工对桥梁及路面的变形影响展开研究，采用FLAC 3D模拟不同盾构施工参数对桥梁及路面的变形影响规律，并将实测变形值与预测变形值进行对比，验证数值模拟结果的可靠性。研究结果表明：对于上软下硬地层地铁隧道盾构侧穿桥梁及下穿高速公路施工时，增加土仓压力和增加注浆层厚度可以有效减小桥梁及路面的变形量，并有效降低桥梁与路面间伸缩缝两侧的差异沉降值；通过减小地层应力释放，可以减小桥梁及路面的变形量。因此，对于上软下硬地层，通过合理设置盾构施工参数可将桥梁及路面的变形控制在其允许范围之内，这对于缩短工期和节约工程造价具有重要意义。     

穿越起伏基岩地层的盾构机掘进姿态控制方法研究

为了研究盾构机掘进姿态的控制方法,以长沙地铁2号线望梅区间隧道为工程依托,通过对现场盾构机穿越起伏基岩地层时软硬岩高度比和围岩强度比与油缸推力比的统计分析,得出了盾构区间直线段和曲线段地层由软到硬和由硬到软的合理的油缸推力比。将盾构油缸推力比应用到工程实际中,得出相应的直线段和曲线段的水平、竖向偏差,且均满足轴线偏差不得超过50 mm的标准要求,从而得出盾构机穿越起伏基岩地层合理掘进姿态的控制方法。     

盾构前舱可视系统技术填补国内空白

<正>近日,中交隧道工程局有限公司成功研发了盾构前舱可视系统技术,这一技术在纬三路过江通道得到了成功应用,填补了国内空白。该项目盾构隧道穿越地层复杂,掘进施工中需穿越黏土层、砂层、砂砾、卵石层、强中风化粉砂岩层等软、硬地层和各地层组合而成的上软下硬复合地层,共计3 537 m。其中需穿越岩层490 m,对刀具的损坏极为严重。在高水压的江底,开舱人工换刀存在高风险,可能会造成开挖面的坍塌,进而影响隧道周边建筑物的安全。     

城际铁路大直径泥水盾构施工风险及对策——以佛莞城际铁路狮子洋隧道工程为例

盾构直径过大，其成本和安全风险也将成倍增加。结合佛莞城际铁路狮子洋隧道工程地质特性和工程重难点，分析大直径盾构在高水压、强透水性、复合地层施工过程中设备选型、长距离独头掘进、穿越软硬不均地层与断层破碎带等存在的风险。具体从常压刀盘、泥浆环流系统选型设计以提高设备适应性，制定开挖管理与泥浆管理并重的掘进参数控制方法，针对上软下硬和断层破碎带地层的施工风险控制等方面提出相应对策，规避地质重大风险，确保大直径水下盾构隧道的施工安全。     

盾构隧道施工对既有铁路箱涵结构的影响研究

依托武汉地铁3号线盾构隧道下穿合武线铁路工程，采用三维数值计算方法模拟盾构施工全过程，分析盾构掘进对铁路箱涵结构变形及地表沉降的影响规律。研究结果表明:盾构施工导致既有箱涵结构产生以沉降为主的附加变形，沉降最大值出现在结构底板处；盾构掘进过程中，地表变形呈先隆起后沉降的规律，盾构开挖面到达分析断面前后各1倍洞径距离范围内地表变形波动较大；箱涵变形值随隧道埋深的增大呈减小趋势，当埋深增加到一定程度后，轨面沉降仍大于限制值，需采取合理的地层加固措施，以减小施工对既有结构的影响。     

复杂地层妈湾海底大直径泥水盾构隧道掌子面稳定性数值分析研究

为研究复杂地层条件下泥水压力对掌子面稳定性的影响,依托连续穿越全断面软弱地层、上软下硬地层以及全断面微风化岩层的妈湾海底大直径泥水盾构隧道,分别建立不同地层条件下掌子面稳定性分析三维数值模型,得到掌子面位移分布规律及极限支护应力比。此外,由于既有研究常采用矩形荷载模式对泥水压力进行简化,对比分析实际梯形荷载模式及简化矩形荷载模式对掌子面稳定性分析的差异。结果表明:1)全断面软弱地层中掌子面位移分布呈现"中间均匀,两端分化"形态,上软下硬地层中自拱顶向拱底大致线性减小;2)采用切线交汇法获得掌子面的极限支护应力比全断面软弱地层最大,上软下硬地层次之,全断面微风化岩层中最小;3)掌子面在梯形荷载分布情况下上部土体位移远大于矩形荷载分布情况,且得到的极限支护应力比大于矩形荷载分布,计算中忽略泥水容重影响是不合理的。     

盾构隧道穿越软硬不均地层时掌子面稳定性分析

在盾构隧道施工中，由于地层条件以及盾构掘进参数设置的多变性，使盾构给予开挖面的支护压力有较大的波动。针对广东肇庆市盾构隧道穿越软硬不均地层的施工，运用数值模拟研究由于开挖面支护压力变化而引起的地层变形规律、开挖面失稳后的破坏状态，并最终确定使开挖面保持稳定的极限支护压力。     

盾构隧道长距离硬岩地层钻爆法开挖管片衬砌施工技术

盾构法适宜在较均一的软土、软岩地层或砂层及其互层的地层中掘进，但在软硬不均、软硬交互且岩石强度差异大的地层中应用盾构法修建城市地铁隧道就复杂得多。以广州地铁三号线盾构区间工程为实例，介绍盾构法隧道长距离硬岩地层段采用钻爆法开挖管片衬砌施工技术。     

覆土厚度对城市软岩隧道围岩稳定性的影响分析

针对城市地铁隧道浅埋表层土厚度对隧道围岩稳定性的影响,利用有限元方法研究了不同覆土厚度条件下浅埋软岩隧道开挖过程中的变形规律.结果表明：受开挖的影响,左右两侧的x方向位移较明显,y方向位移主要表现为竖向沉降且由于受到开挖的影响其变量较大;表层土厚度越大,隧道围岩越不稳定;覆土较薄,围岩应力集中现象出现在隧道两侧,覆土较厚,围岩应力集中出现在x方向下方45°位置;衬砌区域上下侧所受应力高于左右两侧,且衬砌区域应力显著大于软岩.     

盾构掘进破坏孤石诱发地层塌陷的灾变机制研究

孤石地层因勘察、施工处理困难,使得隧道穿越该地层时面临风险。针对因盾构掘进破碎孤石后造成地层空洞,并最终引发地层塌陷的现象,利用研发的随机多边形生成方法,在离散元软件PFC2D中建立隧道孤石地层开挖模型,研究隧道掘进破碎孤石诱发地层塌陷的灾变机制及其影响范围。研究结果表明： 根据孤石所在不同方位可以定性判断地表突然塌陷位置; 当孤石粒径大于临界粒径或隧道埋深小于临界埋深后,孤石切削不当将引发地层塌穿型坍塌; 在相同孤石粒径时,孤石形状的改变对地层位移影响甚微。