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。     

穿越古冲沟多种地层的隧道初期支护内力及变形规律初探

阳城隧道穿越古冲沟,经历黄土地层、土砂分界地层、全风化红砂岩地层等,施工过程中出现初期支护大变形、开裂等病害.文章基于室内基本力学试验,以现场监控量测为主,辅以数值试验对穿越古冲沟多种地层的隧道支护结构变形及受力特性进行初步探究.研究结果表明:虽然砂质黄土粘聚力更大,但全风化红砂岩的压缩模量和内摩擦角却更大;土砂分界地...     

富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理研究

为研究富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理,文章依托某隧道实际工程,通过FLAC 3D软件进行建模与计算,考虑富水砂层厚度、隔水层厚度、粘聚力和内摩擦角等因素影响,分析各因素对围岩变形破坏的影响规律。结果表明:隧道拱顶对应位置的地表沉降值明显大于其他位置的地表沉降值,拱顶正上方的围岩内部位移随着深度的增加而逐渐增大,隧道拱顶位置的沉降达到最大值;随着富水砂层厚度的逐渐减小以及隔水层厚度的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小;富水砂层和隔水层的厚度对隧道围岩变形存在较大影响,在隧道的选线过程中,应保证隧道拱顶与富水砂层之间存在足够的安全距离;随着隔水层粘聚力和内摩擦角的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小:在隧道施工过程中,可考虑通过超前加固措施或者向隔水层进行注浆加固以提高隔水层粘聚力和内摩擦角,降低隔水层的渗透性。     

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。     

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。     

基于等面积圆D-P屈服准则的波纹板挡土墙应用研究

文中首先介绍了等面积圆D-P屈服准侧。通过有限元分析软件,对波纹钢板加筋挡土墙的变形特征进行了分析。分析中分别考虑了波纹钢板挡墙变形特征对回填土的粘聚力、内摩擦角和弹性模量的敏感性。结果显示:当粘聚力增加到约28kPa后,增加粘聚力对改善波纹钢板挡土墙的变形有限;内摩擦角达到30°以后,增加内摩擦角对改善波纹板挡墙变形的作用不明显;回填土体的弹性模量变化对波纹板挡土墙的变形有较大影响。     

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。     

引入地层特征值M_S对盾构隧道施工引起的地面沉降规律的初步研究

文章以北京地铁某盾构区间隧道为研究对象,通过分析地表沉降监测数据,提出了以改进双曲线模型拟合地面沉降规律、用特征值M_S评价盾构施工条件下地层情况的方法,并研究了地层参数与地表沉降之间的关系。结果表明:盾构隧道施工引起的地表沉降规律符合双曲线分布特征,且在30 d时基本稳定;M_S值越大,地层条件越好,地面沉降越小;改进双曲模型参量与地层特征值M_S存在一定规律性。该研究成果对盾构施工中的地表沉降变形预测具有一定的参考价值。     

盾构隧道开挖面失稳破坏影响因素数值分析

采用数值模拟的方法探析了隧道开挖面水平位移随支护应力比的变化规律,并以隧道开挖面主动失稳破坏为分析对象,重点分析了隧道埋深、土体粘聚力及内摩擦角对开挖面位移及极限支护应力影响,结果表明：随着支护应力减小,隧道开挖面位移迅速增大,由“半圆形”大应变区发展为“烟囱形”破坏区;随着支护应力比的减小,隧道开挖面土体由弹性变形过渡到塑性变形,直至发生主动失稳破坏。当隧道埋深在2D内时,随着隧道埋深增大,隧道开挖面主动极限支护力基本不再增大且有趋于定值的趋势,这与“土拱”效应有关。隧道开挖面主动极限支护力随土体内摩擦角和粘聚力的增大而减小,土体的内摩擦角比土体的粘聚力对隧道开挖面主动极限支护应力影响更大。     

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。     

富水砂层影响下隧道围岩变形破坏机制的数值模拟研究

为研究富水砂层影响下隧道围岩的变形破坏机制,文章以某城市地铁M2号线某区间隧道为研究背景,考虑了流砂层厚度、隔水层厚度、地下水位、隔水层粘聚力和内摩擦角五大类因素影响,设计了25种对比方案,开展了数值模拟对比研究,得到了不同因素对围岩变形破坏机制的影响规律及各因素影响敏感程度,给出了相应工程建议措施。结果表明:对于上覆富水砂层隧道,拱顶是围岩变形破坏的关键部位;随隔水层厚度、粘聚力及内摩擦角增大,顶部围岩变形量及塑性区面积不断减小,而随流砂层厚度增大或地下水位上升,顶部围岩变形量及塑性区面积则不断增大;隔水层厚度及粘聚力是影响此类地层条件隧道围岩变形破坏的显著性因素,一方面在隧道线路设计中应保证拱顶留设足够的隔水层安全厚度,另一方面可通过对隔水层进行注浆加固的方式,提高此类地层条件隧道围岩的稳定性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

盾构隧道开挖面被动极限支护压力的三维解析解

文章基于莫尔-库仑屈服准则,通过优化楔形块体的倾角并考虑土体粘聚力的影响,对现有的楔形块+倒棱台的土体破坏模型进行改进,建立了能够得到盾构隧道开挖面处于被动极限平衡状态下支护压力的三维计算模型;同时推导得出了相应的计算公式,并通过优化计算得到了开挖面处被动支护压力最小时楔形块体的倾角及极限支护压力;结合一算例,将所建模型的预测结果与经典的上限解进行了分析对比,验证了其合理性;最后探讨了土体内摩擦角、土体粘聚力、隧道上覆土厚度与隧道开挖面处被动极限压应力间的相互关系。研究结果表明:土体的粘聚力越大,开挖面处被动极限支护压应力越大,两者呈线性关系;土体的内摩擦角越大,被动极限支护压应力越大,且其变化速率也越快;随着隧道上覆土厚度的增加,被动极限支护压应力逐渐增加,且变化速率越来越快,两者之间近似呈指数函数关系。