杭州地区某盾构区间施工地表变形预测参数的分析与确定

以杭州地铁某盾构区间隧道施工为背景,分别对盾构隧道上浮和盾构隧道水平2种工况建立计算模型,并计算盾构掘进施工引起的地表沉降,在每种模拟工况计算中取不同的地层损失率对地表沉降进行计算。将不同工况、不同地层损失率的计算结果与实测数据进行对比分析,并利用Peck公式计算结果进一步确认,以确定不同工况下的地层损失率:盾构隧道上浮工况下地层损失率约为1.9%;盾构隧道水平工况下地层损失率约为1%。以期为杭州和其他地区盾构施工引起的地表沉降预测提供参考。     

复合地层盾构施工过程地表沉降时滞特性现场实测研究

该文以北京地铁10号线某区间隧道为背景,在隧道工程沿线设置了大量沉降观测点,实时监测取得了盾构隧道施工过程地表沉降数据并结合国内外盾构施工土体沉降的理论,研究复合地层条件下盾构施工引起的地表沉降的基本规律及其时滞特性。结果表明:无论粘土地层还是砂砾地层,地表沉降均经历快速沉降、缓慢沉降、沉降稳定三个变性阶段且沉降具有明显时滞特性;相比较而言,砂砾地层较之粘土地层变形稳定更长、时滞特性更加显著。研究成果为工程实际采用,对工程施工参数的确定乃至工程区域环境风险预控起到了良好的借鉴作用。     

软土地层中盾构施工参数对地表沉降的影响研究

为了解决软土地层中盾构隧道施工参数对地表沉降的影响问题,通过对杭州某地铁区间盾构施工进行监测,分析软土地层地表沉降的一般规律,结合该区间盾构隧道施工,采用ABAQUS有限元软件分析了注浆压力、浆液弹性模量、土舱压力等因素对地表沉降的影响。研究表明:土舱压力对地表沉降影响最大,注浆压力次之,浆液弹性模量的影响最小。地表沉降由土体塌陷沉降和土体固结沉降2部分组成,在盾构试掘进阶段对施工参数进行调整和优化,能较好地控制地表沉降。     

泥质砂岩地层盾构掘进施工扰动效应与地表纵向变形预测方法

盾构掘进扰动引起的地表变形是施工控制的关键参数。在明确盾构施工不同阶段扰动机制与影响因素的基础上,基于半无限空间体Mindlin解,给出考虑盾构附加推力、盾壳摩擦力、同步注浆压力和地层损失多因素作用下的地表纵向变形计算公式。并通过长沙地铁6号线朝芙区间地表纵向位移实测数据验证了该文计算方法的可靠性。采用该方法分析不同施工参数对地表变形的影响。结果表明:盾构附加推力和摩擦力均造成前方地表隆起后方地表沉降,同步注浆压力使地表发生隆起并在盾尾处出现最大值,地层损失引起地表沉降占比最大;在盾构经过阶段因地层损失、盾构摩擦力和盾构推力的影响,引起的地表纵向位移最大。根据盾构掘进扰动机理及变形影响因素,对盾构掘进过程不同阶段的相关施工控制参数与措施提出了适当建议。     

瘦西湖超大直径盾构隧道施工对周边环境影响分析

大直径曲线盾构隧道中,盾构掘进时盾构对其两侧和拱顶上方的土体作用不同,不同位置土体表现出不同的变形规律。为了保证曲线盾构隧道施工安全进行,并针对变形的差异性提出相应的解决方案,采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析,监测项目包括地表沉降、分层沉降、土体深层水平位移。研究结果表明:1)随着隧道掘进,地表沉降呈现反"S"形变形趋势,与3个变形阶段对应,即盾构切口到达时缓慢隆沉,盾构通过时沉降较快,盾尾脱出时沉降趋于稳定;2)横向沉降槽曲线中,掘进时隧道掘进方向曲线内侧沉降量比外侧对称位置沉降更大;3)土体水平位移在隧道掘进方向曲线内侧变形量小于外侧变形量。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

软土地层双圆盾构掘进对周围土体扰动分析

双圆盾构具有断面形式特殊、开挖面积相对较大的特点,其推进将引起较大的地层扰动,而过大的土体扰动往往引发一系列环境病害。依托上海某双圆地铁隧道区间工程,构建三维弹塑性有限差分模型,计算分析双圆盾构掘进引起的地表位移场以及土体应力场分布,并将数值模型计算结果和现场监测数据进行对比验证。研究表明:双圆盾构施工引起的地表变形横向分布基本符合正态分布,影响区域主要集中在轴线两侧2倍盾构宽度范围内;切口到达时地表隆起,盾尾离开后,后方土体产生沉降,脱离20环左右地表纵向沉降逐渐趋于稳定;盾构掘进对下部土体的影响相对较小,盾构底部土压力增加最小,盾构中轴线上方土压力增量最大。研究成果可为今后此类施工提供理论依据和前期指导。     

软土地层中盾构施工引起地表沉降的数值分析

以杭州地铁1号线某区间地铁隧道开挖为例,利用三维非线性有限元软件对地铁盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与分析,得到开挖引起隧道周围土体移动和地表沉降曲线,分析了隧道地表沉降沿横向、纵向及不同深度处地层的分布随盾构推进的变化规律,通过预测的结果,提出了控制地层变形的措施。     

天津地铁6号线双线平行盾构隧道施工间隔对地表土体变形影响研究

研究双线盾构隧道在不同施工间隔下施工时地表的变形规律,对控制地表整体变形及不均匀变形十分重要。依托天津地铁6号线双线盾构隧道下穿天津西站站场实际工程实例,以铁路线设施的关键变形控制指标为评判依据,研究盾构左右线不同施工间隔下的地表变形分布特性,对比分析间隔距离与地表沉降和不均匀沉降的关系,为双线盾构隧道工程选择合适的施工间隔提供依据,以保证工程安全及地表铁路设施的正常运行。结果表明,不同施工间隔的影响主要表现为掘进过程对地表土体变形的扰动程度及扰动范围的明显差异:对于地表沉降变形而言,施工间隔越小,掌子面处地表土体沉降越快,且左线完全先行时,地表土体的纵向变形范围约为20 m,相较两洞同时施工时变形范围减小约25 m;对于地表不均匀变形而言,左线完全先行施工条件下,地表轨向变形、水平变形、轨距变形最大分别约为1、0.6、0.2 mm,相较两洞同时施工时分别减小0.8、0.2、0.15 mm。因此,对于双线盾构隧道而言,两洞同时施工时最不利于地表变形的控制,而一条隧道完全先行掘进的方案最有利于地表变形的控制。     

斜向双线隧道近距离开挖诱发土体位移研究

为研究斜向双线隧道近距离开挖对周围土工环境的影响,依托上海市轨道交通11号线徐家汇站-上海体育馆站区间隧道盾构开挖工程,基于Mohr-Coulomb弹塑性土体模型,采用有限元数值计算软件,模拟斜向双线隧道盾构施工相互影响工况。以隧道相对位置为变量,对隧道施工引起的周边地层变形进行模拟,分析双线隧道斜向3种工况下隧道施工对周围土体变形的影响,得到以下结论： 1）地表沉降曲线在双线隧道水平距离较小时,主要呈单峰状态,且两隧道竖直距离越大,单峰效果越明显; 随着其水平距离增大,逐渐出现双峰效果。2）埋深较浅的隧道施工对地表沉降的影响较大,且隧道中心线以上的土体受扰动程度较大。3）3种斜向工况均在土体表面及较浅隧道附近出现较大的水平位移。     

北京地铁隧道地表横向沉降槽参数分析

为解决北京地铁隧道施工不同影响区划分和影响范围确定的不准确问题,对北京地区13 条地铁线路、903 份隧道工程的地表横向沉降槽资料进行分析,根据施工方法和地层条件的不同,分别对盾构法和矿山法施工隧道在黏性土地层、砂卵石地层等区域的沉降槽Peck 公式拟合参数进行统计分析,得出地层损失率和宽度参数的分布形态、相关统计值以及与隧道相对埋深的相关性。研究结果表明: 1)地层损失率和宽度参数的数理统计结果可以很好地指导北京及类似地层条件的城市地铁隧道工程影响区划分和影响范围的确定; 2)施工方法和地层条件是影响地铁隧道周围地层变形的重要因素,工程地表变形控制应注重相关研究; 3)建议各地深入开展地铁隧道沉降槽的拟合分析研究,为隧道工程影响区划分和影响范围确定提供科学依据。     

超大直径水下盾构隧道近接施工力学行为分析

为探明海域复合地层条件下,水下超大直径盾构公路隧道近距离开挖对既有隧道的影响,文中以珠海横琴马骝洲交通隧道为研究背景,采用数值计算和现场试验相结合的方法,得到了由盾构施工引起的既有隧道附加内力及变形变化规律。分析数据可知:盾构施工会引起管片的二次附加内力,拱顶弯矩和拱底轴力受隧道开挖的影响程度较大;由开挖引起地表沉降影响范围约为5倍隧道洞径,盾构在近距离施工产生的荷载对既有隧道有挤压变形的效果,两侧拱腰会随着隧道掘进而逐渐向内产生二次收敛变形。     

盾构施工影响下砂土地层变形规律模型试验研究

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究。试验模型箱是由钢化玻璃板、底部钢板以及刚框架组合而成的开口箱体,砂性地层采用完全烘干的砂土来制作,盾构开挖过程通过一种能够精确控制地层损失率大小的小型圆筒状传动装置来模拟,试验过程中的地层变化利用视频测量系统进行监测。研究结果表明：随着隧道埋深增加,土体扰动范围逐渐向两侧扩展,地表最大沉降值逐渐减小;当隧道埋深临近土拱形成深度时,沉降槽宽度显著增加,隧道上方核心沉降区逐渐减小。地层损失率与沉降槽宽度之间存在明显的线性关系。砂土粒径越大,地表最大沉降值越小,沉降槽宽度越大;当最大粒径与最小粒径比一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着砂土粒径的增大而减小;当最大粒径一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着粒径范围的增大而增大。不同隧道埋深、地层损失率和砂土颗粒级配下的地表沉降曲线均具有类似高斯分布函数的形态特征,向隧道中线处急剧下降,向远处逐渐变缓,与地层变形规律相似。     

天津地铁盾构隧道四线交汇掘进数值分析

为解决多条近接隧道施工时后行隧道开挖对先行隧道结构造成的不利影响,以天津地铁5、6号线四线交汇隧道为研究对象,选取典型复杂断面,采用数值软件FLAC3D,模拟富水地层中四线交汇隧道开挖时隧道结构之间的相互影响规律。结果表明： 该复杂断面处,后行隧道施工使先行隧道整体位移具有偏向开挖隧道移动的牵引趋势,且先行下部隧道竖向整体位移较横向整体位移变化更为显著。在渗流作用下,先行下部隧道施工产生的地表沉降量及沉降范围相比后行上部隧道较大,验证了富水地层中渗流作用对土体变形影响程度及范围均远大于开挖应力释放的影响。     

土压平衡盾构开挖面压力取值及对地表沉降的影响

土压平衡盾构广泛应用于地铁隧道施工中,其施工过程产生的地表沉降及相关问题直接影响隧道施工安全。以成都地铁3号线某区间盾构隧道工程为例,应用理论方法计算盾构开挖面压力取值范围。结合工程地质条件、施工参数、不同开挖面压力和地层损失率,利用嵌入了土应力路径本构模型的ABAQUS软件进行盾构开挖三维模拟,得到了卵石地层盾构施工引起的地表沉降规律,并通过与现场地表沉降监测结果对比,验证了此模型的合理性,确定了合理的开挖面压力取值范围。最后,进一步分析了实际盾构施工开挖面压力值与地表沉降值之间的规律,评价施工时设定的开挖面压力值的优劣。     

无锡软土地层盾构施工下Peck公式的修正

在地铁隧道施工过程中,引起地表沉降的因素较多,致使一些常用的地表沉降评价预计方法出现较大的偏差。为了研究由于地铁隧道施工而引起的地表沉降问题,以无锡地区地铁隧道开挖过程中大量地表沉降实测数据为基础,采用数学方法,引入两个修正系数,即地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β,修正Peck公式中两个重要参数(沉降槽宽度系数K、地层土体损失率η),以适应无锡软土地区研究区段的工况。研究表明:地表最大沉降修正系数α介于0.5~0.9,沉降槽宽度修正系数β介于0.5~0.9,此时沉降槽宽度系数K介于0.40~0.70,底层土体损失率η介于0.4%~0.9%,得到修正后的Peck曲线与地表实测沉降数据更吻合。     

软硬不均地层盾构近接下穿施工掘进参数优化分析

盾构法修建城市地铁时,盾构掘进参数对于控制地表沉降、保证施工安全等具有重要影响。以深圳地铁7号线盾构隧道下穿既有2号线为工程背景,针对在软硬不均地层情况下盾构隧道下穿既有隧道及过街通道,运用ABAQUS建立三维计算模型,对盾构施工进行全过程模拟及掘进参数优化分析。研究结果表明:①土仓压力及注浆压力对过街通道沉降相对于地表影响较大,施工过程中应当注意对过街通道底部进行监测;②对于软硬不均地层盾构下穿既有隧道及过街通道采用0.30~0.40 MPa土仓压力以及采用0.25~0.30 MPa注浆压力施工较为合理     

基于纵向沉降曲线的黄土地层盾构土舱压力分析

为分析黄土地层盾构土舱压力设置问题,根据西安地铁4 号线区间盾构隧道施工过程建立盾构施工数值模型,基于对模型不同位置处地表沉降量的监测,通过将不同监测点的地表沉降曲线转换到同一坐标下进行对比,分析土舱压力对掌子面前方未开挖地层的影响,进而提出盾构土舱压力合理取值方法。研究结果表明: 1)盾构掘进对掌子面前方地层的扰动具有累积性,地层的变形具有滞后性,即盾构对掌子面前方地层挤压或支护不足时对掌子面前方地层的扰动会不断累积,表现为各监测断面的沉降曲线量值和分布规律不一致; 2)当土舱压力与地层土压力相平衡时,各监测断面的监测曲线基本相似,针对设置工况,土舱压力为0. 1 MPa 时,地表沉降曲线落在同一狭长区域内,即表明该值为与该地层相匹配的土舱压力值。     

大埋深富水裂隙岩层土压平衡盾构填舱注浆施工技术

为解决穿越大埋深富水节理裂隙发育岩层的土压平衡盾构隧道施工过程中发生的开挖面涌水和地表沉降过大的问题,依托广佛环线沙堤隧道工程,对土压平衡盾构填舱注浆施工技术进行研究,并利用有限差分软件FLAC3D对填舱注浆技术进行数值模拟分析。研究结果表明： 1)土压平衡盾构穿越深埋富水裂隙岩层时,隧道洞周围岩变形较小,而地表沉降及建筑物变形对地下水流失较为敏感; 2)将气压平衡和土舱填舱注浆处理技术相结合,辅以微扰动等施工控制方法的填舱注浆成套施工技术能够有效解决施工过程中的喷涌现象及地表建（构）筑物沉降过大的问题; 3)采用填舱注浆技术进行堵水时,应保证开挖面内填舱注浆范围和注浆参数选取的合理性,并应考虑注浆厚度对施工进度的影响。     

流固耦合作用下浅埋近接双线盾构隧道开挖扰动分析

依托广佛环线沙堤盾构隧道工程,通过FLAC3D软件的流固耦合模块,分析了富水地层浅埋近接双线盾构隧道开挖的应力场、渗流场和位移场的扰动行为。研究结果表明:屈服接近度可以作为从应力状态角度分析隧道开挖扰动行为的定量指标;随着横向净距的增大,左、右线隧道开挖对地层渗流场的扰动趋向于单线隧道开挖对渗流场的扰动特征,隧道施工引起的地表沉降槽曲线逐渐由深“V型”趋向于“W型”分布;当横向净距大于1.5 D时,左、右线隧道开挖引起地层扰动的叠加效应较小。