盾构穿越始发段土体加固区时土体沉降扰动分析

在整个盾构的掘进施工过程中,其始发段施工是事故频发的危险区段。为此,以武汉市地铁江汉路到积玉桥越江段施工为背景,选用FLAC3D软件对盾构穿过始发段全过程的土体扰动规律进行分析。数值仿真分析结果表明:在始发阶段盾构经过土体加固区时,土体横断面沉降槽呈现正态分布规律;将土体加固后,加固区的地表沉降很小,表明加固区土体受到的盾构施工扰动效应较非加固区明显减小;盾构中部通过加固区和非加固区分界面时地表沉降增加速率最大,盾构机前部和尾部通过时地表沉降增加的速率较小;盾构掘进过程中非加固区土层的沉降槽均呈现正态分布,盾构掘进主要影响盾构开挖洞口横向两侧18~22 m范围内土体,以及纵向15~20 m范围内的土体。     

大直径泥水平衡盾构浅覆土始发数值分析

依托新建京张铁路清华园隧道工程,使用有限差分软件对大直径泥水平衡盾构的浅覆土始发掘进进行数值模拟。结果表明,未加固地层条件下,盾构始发时开挖面无法自稳。通过对比分析不同加固范围条件下洞门中心土体的挤出变形以及地表沉降变化规律,提出盾构始发地层加固的最佳范围,并获得在该加固范围下土体扰动引起的地表位移分布特征。     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。     

大直径泥水平衡盾构浅覆土始发地表沉降特性

研究目的:在盾构始发阶段,由于覆土浅、地层自稳能力差,地层扰动引起的危害已成为不可忽视的问题。基于此,本文以京张高铁清华园隧道工程为背景,依据始发段实际加固方案及现场监测得到的始发段掘进参数,采用有限差分法建立三维泥水平衡盾构隧道数值模型,通过分析始发施工过程中隧道周边地表土体位移,并与现场实测进行对比,研究大直径盾构浅覆土始发段地层位移变化特征。研究结论:(1)数值计算与现场监测结果得到的土体位移规律基本一致,验证了本文盾构法施工数值模拟计算方法的工程实用价值;(2)由于始发竖井端头进行了高压旋喷桩加固,相应的地表沉降明显得到控制改善,印证了加固方案的有效性;(3)得到了大直径泥水盾构浅覆土始发土体变形规律:隧道轴线上方土体的沉降位移最大,为20 mm,两侧逐渐减小,两端呈现轻微上拱趋势,隧道周围土体有向洞室挤人运动的趋势;(4)该研究成果可为类似大直径盾构浅覆土始发工程提供参考。     

软土地层大直径盾构始发管片上浮风险控制研究

软土地层浅埋大直径盾构始发技术难度大，管片上浮风险突出，施工过程需严格控制以降低对软土地层的扰动。文章以珠海市横琴杧洲隧道为背景，针对软土地层浅埋大直径盾构隧道始发试掘进过程，探讨始发前地层加固和管片上浮等风险及控制措施；采用PLAXIS^3D有限元软件，建立软土地层大直径盾构始发试掘进数值模型，对比分析地层加固前后不同浆液未凝固区长度下的管片上浮量、地层变形及受扰动范围。结果表明：软土预加固处理、配置速凝浆液、控制盾构掘进速度等措施能有效控制盾构始发管片上浮风险；软基预加固处理对抑制管片上浮效果最好，能提高隧道与周围土体整体性，保证盾构在浅覆土始发试掘进过程有一定安全储备。     

上海软土地层盾构始发施工技术

研究目的:在城市隧道施工过程中,始发往往成为盾构施工成败的关键环节之一。本文通过对土体加固方法、导轨设置、反力系统的安装、验算等进行分析研究,选择合理的始发掘进参数,保证施工质量。研究结论:(1)始发洞口地基采用1000三重管高压旋喷桩进行加固,并按0.5%~1%比例钻芯取样,经试验测得28 d无侧限抗压强度大于0.8 MPa,确保了土体的稳定性;(2)在始发洞内安设洞口始发导轨保证了盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构"叩头"现象;(3)土仓压力略高于前方土体压力,防止了盾构脱离始发基座后的"叩头"现象及并且有效地避免了地表产生过大沉降;(4)通过对始发反力架进行力学验算,确保了盾构始发过程的安全性。     

上软下硬地层中盾构施工对地表沉降影响分析及施工控制技术

针对盾构穿越上软下硬复合地层(软土层与岩层复合地层)地表沉降难以控制的问题,以福州地铁4号线工程为依托,通过理论分析加实践验证的方法研究了盾构在上软下硬地层中掘进时,土仓压力、掘进速度、顶推力和扭矩等典型施工参数对地表沉降的影响.结果表明:盾构穿越上软下硬地层的地表沉降中,瞬时沉降占总沉降比重较高,沉降控制更应着重于瞬...     

盾构下穿流塑状残积粉质黏土地层扰动规律研究

为了揭示盾构下穿流塑状残积粉质黏土地层扰动规律,依托长沙市地铁1号线黄兴广场站~南门口站区间隧道工程,采用FLAC3D构建盾构下穿流塑状残积粉质黏土三维数值模型,探讨盾构下穿流塑状残积粉质黏土地层和加固处理后的地层施工对地表沉降及地层变形规律的影响。研究结果表明:盾构区间采用旋喷桩加固时,其地表沉降值及沉降槽宽度相比原状土区域(即未经过旋喷加固区域)均有较大幅度的减小。可见,采用旋喷桩加固对流塑状残积粉质黏土地层加固效果明显。     

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.     

浅埋微距双线土压平衡盾构水下始发分析

为了研究双线土压平衡盾构水下始发时的施工扰动行为,以广佛环线城际铁路沙堤隧道工程为背景,采用流固耦合分析方法,系统分析有无渗流作用下土压平衡盾构于河道中进行始发的施工响应和地层加固问题,并基于开挖面稳定系数的概念和方法对盾构始发过程中开挖面的稳定性进行分析与评价。研究结果表明,地下水渗流作用会大大增加开挖面失稳风险,引起地表发生较大沉降;始发加固作用可以有效减小地表沉降值,且可以减弱盾构掘进对加固区域外地层的超前扰动;基于开挖面稳定性系数的开挖面稳定性等级分析方法得到的开挖面稳定性分析结果与数值模拟结果基本一致,可以用于盾构隧道开挖面稳定性的分析和评估。     

盾构隧道近距离侧穿污水泵站的施工控制技术

结合郑州地铁1号线工程实例,论述了盾构隧道近距离侧穿I级风险源污水泵站的施工难点和风险,提出了高压旋喷桩加固措施和盾构施工控制措施。采用有很元分析软件FLAC3D计算了盾构掘进过程中泵房和地表的沉降,验证了高压旋喷桩加固措施的可行性。对盾构侧穿泵房时的泵房和地表沉降进行了实时监测,结果表明采取加固措施和盾构掘进控制措施后,盾构侧穿污水泵站施工引起的沉降完全满足规范要求。研究成果可为今后类似工程提供参考。     

青岛地铁1号线安安区间盾构隧道地表沉降研究

基于现场实测数据分析,研究青岛地铁1号线双线盾构隧道左、右线分别掘进情况下,安子站-安子东站区间的地表沉降规律,并讨论了二次注浆对地表沉降的影响。结果表明:无论是先掘进的隧道还是后掘进的隧道,其地表沉降都可以分为4个阶段,其中初期土体扰动导致的沉降占总沉降量的18. 1%;盾构通过导致的快速沉降占54. 7%;盾构通过导致的缓速沉降占11. 9%;邻线盾构通过导致的沉降占15. 2%。基于Peck公式,讨论了盾构隧道施工对邻线隧道地表沉降的影响。对先掘进的隧道进行二次注浆可以有效控制其地表沉降量,但注浆对土体产生的扰动会小幅增加后掘进隧道的地表沉降。     

盾构施工参数对地表沉降的影响及控制措施

依托武汉地铁11号线光谷四站—光谷五站工程区间,研究盾构施工参数的选取对隧道开挖附近的地表沉降及土体变形的影响,并提出相应控制措施。盾构掘进中,围岩压力的变化、土体的松动程度、注浆质量的变化及盾尾间隙的选取等都会对地表变形产生影响。采用Abaqus有限元软件对该工程典型掘进段进行精细化仿真,得到沉降模拟值,并运用三维Peck公式得出沉降计算值,最后与施工过程中典型监测点的沉降监测值进行对比,总结施工参数对地表沉降的影响规律,为施工过程中的地表变形预测与控制提供理论支撑。结果表明,围岩条件、土体卸荷程度和注浆质量对地表沉降的影响较大,盾尾间隙对地表沉降的影响较弱;典型监测点的变形规律与数值模拟规律更为接近,说明数值模拟预测与仿真分析的合理性与适用性。     

盾构始发端头化学加固范围及加固工艺研究

盾构始发是盾构隧道施工中的关键风险点,确定始发端头土体加固的范围及加固工艺是盾构隧道施工必须解决的关键问题。通过盾构隧道端头常用土体加固方式与相关计算理论及模型的讨论,结合苏州地铁苏州乐园站南端头盾构始发工程理论计算与验算,研究了软土地区常用加固方式的加固时机与加固技术参数。研究结果表明,苏州轨道交通一号线软土加粉土和粉砂地层采用三轴深层搅拌桩+高压旋喷桩的加固方式安全可行;抗滑移验算对安全系数起主导因素的是加固土体的黏聚力C;土体扰动极限平衡理论计算得出的横向加固尺寸小于工艺构造要求,只要能够满足工艺构造要求,土体在抵抗扰动上就有足够的安全系数;并提出了苏州地铁始发端头具体加固范围和加固时机。     

富水砂层越江隧道小直径土压盾构施工技术

以南京江岛变电站电源进线工程为例,介绍渗透系数为10~(-3)m/s的砂性地层中土压盾构掘进和快速穿越夹江技术,扰动地层中盾构始发和接收加固方式以及涌砂冒水的应急处理技术,分析盾构推进对防洪大堤的影响。研究结果表明:盾构试掘进提出的盾构推力,刀盘扭矩及转速,土仓压力等掘进参数合理可行,实现了快速推进施工;使用组合式轨枕能大大提高工作效率并适应狭小盾构空间内作业;采用三轴搅拌桩+垂直冻结法加固端头,盾构水中接收技术确保了盾构安全到达。     

地铁盾构隧道始发端近距离侧穿老旧建筑沉降控制措施

地铁车站端头附近建筑物易受基坑降水、基坑开挖、盾构始发、盾构掘进等多重影响。为研究新建地铁盾构隧道施工对既有老旧建筑的影响,以太原地铁2号线某盾构区间为例,根据工程地质情况及周边环境情况,设计提出如下措施:(1)盾构始发采用“钢套筒+洞外3 m冻结壁”的加固措施;(2)建筑物外侧打设复合锚杆桩主动加固建筑物;(3)盾构管片采用多孔管片,盾构通过后再注浆加固地层。数值模拟和现场实测表明,“钢套筒+洞外3 m冻结壁”的加固措施可有效保证富水砂层盾构始发的施工安全;盾构隧道侧穿建筑时,采用复合锚杆桩可有效控制建筑沉降。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

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。     

淤泥质土及粉细砂地层盾构施工地表沉降监测分析

淤泥质土和粉细砂为地铁隧道施工的主要不良地质土层。分析盾构掘进在该土层造成的地表沉降规律,这有利于采取合适的施工技术对策。以佛山地铁2号线花仙区间为实例,对淤泥质土及粉细砂地层盾构施工地表沉降监测数据进行了分析。结果表明:在淤泥质土层中,地表沉降主要发生在管片脱出盾尾和后期的固结沉降阶段;在粉细砂层中,地表沉降主要发生在盾构掘进和管片脱出盾尾阶段,且盾构施工对粉细砂层的影响大于对淤泥质土层的影响。     

盾构隧道近距离穿越燃气管道影响分析

盾构隧道近距离穿越燃气管道易引起管道及周边地层变形，控制效果不佳可能引发工程事故。依托某盾构隧道长距离穿越燃气管道工程，采用ABAQUS建立盾构隧道掘进对管线影响的三维有限元模型，研究地表和燃气管道受力及变形，并对比分析下穿过程不同掌子面支撑压力和同步注浆压力对燃气管道沉降影响规律。结果表明，掌子面支撑压力增大，燃气管道沉降量随之小幅减小；盾尾同步注浆压力增大，燃气管道沉降显著减小，同步注浆压力控制在1.1～1.3倍静止土压力范围可满足燃气管道变形控制要求。经现场实测验证，燃气管道最大沉降速率仅为0.25 mm/d,小于变形控制标准。