类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。     

盾构掘进对U形槽和桥梁桩基的影响分析

为研究双线隧道盾构掘进诱发地面U形槽和邻近桥梁桩基沉降的影响及控制措施,结合成都地铁4号线下穿复杂建筑群,对盾构掘进引起土体竖向变形的公式进行推导,采用Mohr-Coulomb建立隧道-地层-桥墩基础三维实体模型,模拟开挖过程中不同工况对地表U形槽沉降及邻近桩基水平位移和竖向位移的影响,并与理论公式推导结果进行对比。研究结果表明:盾构开挖引起的沉降主要由盾构正面推力、盾构机与周围土体之间摩擦力导致的土体竖向变形等构成,模拟计算得到的U形槽最大竖向位移为14 mm,公式计算得到的最大沉降为25 mm。桥桩基模拟计算和公式计算得到的最大沉降值分别为13 mm和21 mm。公式计算考虑的因素较模拟计算多,沉降值较模拟计算大,但趋势较为接近。     

双圆盾构隧道施工力学行为三维数值模拟

结合上海轨道交通M6线双圆盾构区间隧道工程,应用有限差分程序FLAC3D分析双圆盾构隧道施工力学行为,对双圆盾构施工扰动引起的土体位移场特性进行监测与数值模拟对比分析.分析表明,数值模拟结果与监测值基本吻合.双圆盾构施工扰动土体位移场特性与单圆盾构类似,但影响范围、量值更大.对于深层土体,计算所得的最大沉降、隆起值分别为-0.042 m、0.08 m,对于浅覆土地层,隧道开挖后,易出现整体上浮现象,隆起值达0.03 m.双圆盾构施工扰动所引起的深层沉降、侧向位移还需要进一步研究.所得结论为进一步研究异形盾构施工环境土工影响提供参考.     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

不同工况下盾构始发掘进的数值分析

结合南京地铁十号线过江隧道东端头盾构始发工程,介绍了该工程实际采用的加固方式及工艺,并对不同工况下盾构始发掘进进行了数值模拟分析,为始发施工安全提供参考依据.数值模拟结果表明:当封门凿除后,土体向工作井内移动,盾构推进方向最大位移发生在暴露掌子面的中心处,达到16.00 mm,强加固区土体的变形不是板块受压变形;凿除封门以及盾构完全推进加固区工况下对地面几乎无影响,盾构即将离开加固区时地面位移有所增大;除了与管片的接触部分,加固区土体受力均在设计值范围之内,并且有较多富裕;盾构机在脱离加固区时不会产生明显的“磕头”现象.     

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析

基于土压平衡盾构隧道关键施工要素分析,提出1种可进行渗流—应力耦合分析的精细化数值模拟方法。依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程,模拟分析关键施工参数对地层及结构变形的影响规律,并通过实测数据验证模拟结果的合理性。结果表明:通过向盾壳单元施加恒定节点速度模拟盾壳—土体摩擦作用,能够反映盾壳—土体界面的真实剪应力状态,避免盾壳姿态发生倾斜引起附加土体位移;通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)模拟同步注浆过程,能够反映浆液引起地层孔压边界的改变;开挖面支护压力的增大可一定程度减小地层沉降和管片环椭圆化变形;盾壳—土体摩擦力的增大将显著增大刀盘前方地层的隆起、盾尾后方地层的沉降、地层沿隧道轴向和横向的水平位移以及管片环椭圆化变形;同步注浆量的增大可有效减小地层沉降、地层沿隧道轴向的水平位移以及管片环椭圆化变形。现场实测数据与数值模拟结果具有很好的一致性,验证了数值模拟方法的合理性。     

先行、后行盾构不同位置施工对土体变形影响研究

基于半无限饱和土初值解,首次考虑了多种施工因素和先行、后行盾构位置及施工间隔不同对后行隧道土体二次扰动的影响,修正了现有饱和土双线盾构施工引起的土体变形计算公式,建立了先行、后行盾构任意空间位置动态施工的修正力学模型,并结合典型的伦敦饱和黏土工程案例进行验证分析.研究结果表明,修正后的土体变形解和Mindlin解、丁智...     

近间距平行泥水盾构隧道推进方案三维数值模拟

为确定某近间距大直径泥水平衡式盾构隧道工程推进方案,运用数值模拟分析手段,对该隧道工程盾构同向推进和异向推进两种施工方案进行三维动态施工模拟,对比分析了不同推进方案所引起的地表沉降、深部土体位移和隧道附近土体受力.数值结果表明.同向推进方案比异向推进方案能更有效地减小对地表沉降和隧道附近土体扰动及紧邻隧道的影响.     

盾构重叠隧道施工力学行为分析

我国地铁建设的快速发展,就涉及地铁建设中上下重叠隧道的相关问题进行研究。利用三维有限元方法并结合广州某重叠盾构施工的地铁工程实例分析了下洞(左线)隧道受上洞(右线)开挖产生的影响范围、上洞盾构在不同推进力下对下洞位移、应力和应变产生的影响和下洞局部范围在有临时支护条件下随上洞开挖产生位移和内力变化。分析表明:下洞隧道结构受上洞盾构施工的影响表示形式为上洞盾构前方的下洞结构存在向下桡曲,而在后方则向上隆起,直至趋于一个定值,其中下洞盾构机的盾尾需在上洞盾构机盾头前方的50 m;上洞隧道在推进过程中,推进力是控制下洞结构变形的主要因素。此时,应严格控制上洞盾构隧道施工时盾构机推进力大小并仔细对下洞结构变形进行监测;对下洞隧道施作临时支撑可以有效减小位移和结构的受力特性;分析计算得出的结论对于盾构重叠隧道设计和施工有一定指导意义。     

曲线盾构隧道开挖面极限支护力研究

研究目的:曲线盾构隧道掘进施工存在巨大安全隐患,受盾构刀盘超挖、盾壳挤压内壁土体和千斤顶不对称推力等因素的影响,致使开挖面前方变形复杂,开挖面稳定性难以控制。基于筒仓理论,本文提出曲面梯度楔形棱柱体开挖面极限平衡模型,推导曲线盾构隧道开挖面极限支护力理论计算公式;进而以济南地铁R1线王府庄至大杨庄区间段曲线盾构隧道为工程背景,探究不同曲率半径下开挖面的变形分布特征,以期为曲线盾构隧道掘进开挖面稳定性提供科学的理论指导。研究结论:(1)曲线盾构隧道开挖面破坏呈现不对称分布,受开挖面偏心支护压力的影响,开挖面前方土体形成曲面梯度楔形棱柱体平衡模型;(2)随着曲率半径的减小,开挖面位移和极限支护压力先增大后减小,且支护压力非常规的按中心支护力进行计算,而是偏向于曲线外侧,其值大于直线盾构隧道;(3)极限支护压力随开挖面土体黏聚力、内摩擦角增大而增大,随两侧破裂角的差值增大先呈现增大趋势,当β132.3°后减小,最后趋于平缓;(4)本研究成果可为曲线盾构隧道施工开挖面稳定性及其支护提供理论指导和科学依据。     

北京地铁无水砂卵石地层盾构施工技术难点及施工对策研究

针对土压平衡盾构在砂卵石地层掘进中经常出现土压建立困难,刀盘推力与扭矩大且磨损严重,经常出现刀盘"卡死"、螺旋输送机磨损严重及抱死现象,采取对土体进行塑流化改良、刀盘改造及刀具优化、调整注浆配比等措施,很好地控制了地面沉降,确保了该区间的顺利贯通。     

土压平衡盾构水下始发段掘进参数对地表沉降的影响分析

以广佛环线沙堤隧道为工程依托,利用有限差分软件FLAC~(3D)研究了土压平衡盾构水下始发段掘进参数对地表沉降的影响,并结合现场实测数据分析盾构掘进过程中地表沉降和邻近建筑物变形的变化规律。结果表明:地表沉降与土压平衡盾构掘进参数密切相关,增大土舱压力与注浆压力可以减小地表的沉降,但掘进参数的调整存在合理范围,超合理值后过沉降的控制效果变化不明显;现场实测数据表明:土压平衡盾构施工引起的地表沉降及建筑物变形行为由前期扰动、通过扰动、停机影响、后期扰动4部分组成,其中停机对地表沉降影响很大,因此施工中需尽量避免停机并提前做好防范措施;实际采用的掘进参数仍有一定的调整空间,施工中应根据地层情况及时调整相关的掘进参数以减小施工影响。     

南京地铁盾构掘进施工的三维有限元仿真分析

论文依托南京地铁区间盾构隧道工程,建立了模拟盾构机(包括刚度、自重、推力)前行掘进隧道的三维有限元力学模型,在此基础上,研究了随盾构顶进引起的地表沉隆变形以及隧道围岩、管片变形,研究结果为南京地铁区间盾构隧道工程的施工及监控量测提供了参考。     

基于应力释放的大直径盾构隧道地表沉降分析

在城市环境及复杂地质条件下修建盾构隧道极易出现地面沉降塌陷,盾构隧道开挖引起的地表沉降分析与控制尤为重要。为了探究大直径盾构隧道地表沉降规律,以京张高铁清华园大直径盾构隧道为工程背景,基于应力释放及地层损失理论,首先运用有限差分软件建立二维模型,得到盾构掘进开挖的应力释放率;然后基于此建立三维数值模型,通过Peck公式反算得到清华园隧道盾构掘进引起的地层损失率,通过4种不同工况的模拟,对比分析不同掌子面释放系数、盾构机反力释放系数及脱空层模量缩放系数情况下的盾构隧道地表沉降规律,得到盾构施工现场导致的地层应力释放系数为0.12～0.14,相应的地层损失率为0.40%～0.47%;隧道轴线两侧20 m(1.6D)范围内为显著影响区,地表沉降主要发生在盾构通过这个阶段,约占总沉降量的50%。     

土压平衡盾构加气排水防喷涌技术研究

针对地下水丰富、节理裂隙发育、渗透系数大和气密性差的地层,常规的土压平衡盾构掘进易发生喷涌现象,导致地表沉降变形大、施工效率低。本文依托兰州地铁1号线、2号线土压平衡盾构施工项目,建立土压平衡盾构舱内压力传递模型,对土压平衡盾构舱内压力传递原理和加气排水防喷涌机理进行研究,提出土压平衡盾构"加气排水"掘进施工方法;通过土压控制和掘进舱压控制实现了"加气排水"掘进施工的过程控制;应用地质雷达扫描和注浆加固技术解决了地层疏松、空腔等缺陷。     

施工参数对盾构穿越软土地层变形控制的影响分析

以盾构穿越昆明市轨道交通5号线金海新区站—福保站区间软土地层为背景,通过建立三维数值计算模型,研究施工参数对盾构穿越软土地层变形控制的影响。研究结果表明:双线盾构隧道施工,在相同施工工艺情况下,地层变形不完全对称;先掘进隧道由于开挖卸载作用,对地层原始应力产生影响,最终会产生略大于后掘进隧道的变形;盾构在软土地层中掘进,土仓压力宜略大于土体掌子面压力,即采用盈压模式掘进;盾构施工过程中,宜采用早凝浆液,同时宜使用稠浆,避免后期浆液凝固失水收缩产生地层损失,或采取其他措施达到及时填充盾尾空隙且无后期收缩作用的效果。     

基于复合地层表征参数的盾构隧道地面沉降预测分析

隧道盾构掘进过程中,复合地层围岩的特殊性质通常难以明确地量化表征,却对地面沉降影响甚大.针对这一问题,引入地层复合指数作为描述复合地层特征复杂程度的表征参数.依托某工程隧道地层组段的多项物理力学参数的数据特征,提出将复合地层变形模量的加权变异系数设置为地层复合指数;应用有限层法理论,分析复合地层中盾构掘进的有效推力、水...     

厦门越海隧道盾构施工若干技术难题及对策

针对厦门2号线越海段盾构施工过程中出现掘进参数异常、刀具磨损严重及异常失效、堵管等工程难题,通过地质补勘,发现局部存在极硬而多裂隙的破碎带复杂地层。基于此,对越海隧道盾构施工技术进行探讨研究,创造性地提出了海上注浆加固技术,并对刀盘上的滚刀结构进行重新设计。后续施工过程刀盘推力恢复至21 000~22 000 kN之间,掘进速度维持在2~4 mm/min,达到正常掘进水平,同时降低了刀具的异常磨损和消耗。有效解决了盾构海底穿越破碎带复杂地层的难题,使得盾构顺利掘进,可为后续类似盾构越海施工提供指导。     

数值分析结合自动化监测技术在地铁下穿工程中的应用

为确保地铁双线盾构隧道长距离平行下穿既有建筑物的安全,采用FLAC3D有限差分软件建立模型,获得施工过程中地铁盾构隧道所引起的该建筑结构的变形规律及影响范围,并提出针对性的监测方案。结果表明:(1)根据理论计算及实际监测,盾构隧道施工对既有建筑结构的影响范围为隧道上方及两侧20 m横向范围,因此应对该范围内的建筑结构进行重点监测;(2)为降低由于盾构施工造成的地层损失,及时对区间下穿既有建筑段下方隧道拱部管片外侧地层进行二次注浆加固很有必要,通过监测可知,该建筑结构最大绝对沉降值约为9.5 mm,最大差异性沉降值为10.5 mm,均满足评估单位给出的安全指标;(3)采用自动化监测手段,实时掌握建筑物的变形数据,通过调整盾构推力、土仓压力、掘进速度等掘进施工参数,最大程度降低对既有建筑结构的扰动。     

苏州轨道交通1号线隧道设计施工方案的分析研究

介绍了苏州1号线的沿线地质情况和盾构隧道设计施工方案.对苏州盾构隧道设计、地质参数选用、盾构机选型、建筑物和管线施工保护措施、防水设计和施工组织等作了简要介绍并提出了一些看法和建议,可供类似工程设计施工时参考.