土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验设计与应用

为提高对盾构施工相关问题试验研究的针对性，提出了土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验方法，并设计了模型试验相关装置；为避免多个关键影响因素相互影响，将盾构隧道施工过程中开挖掘进、管片拼装、同步注浆等关键操作环节分开依次进行模拟；为降低刀盘开口率试验研究相关成本，研制了几何相似比为1∶10且刀盘开口率可调的模型盾构机；为确保模型盾构隧道的纵、横向刚度相似性，设计了几何相似比为1∶10且纵、横向刚度可分别按需设置的模型盾构隧道，其管片环采用修正匀质圆环模型，管片环之间采用垫有压缩弹簧的螺栓连接；为方便试验并节省成本，模型盾构隧道采用外部拼装后再放入钢套筒内，以避免在狭小空间内进行管片拼装，且不加工管片拼装机；为实现注浆压力与注浆量的精准控制，设计了适用于室内模型试验的恒压同步注浆装置；利用模型盾构机开展了掘进施工过程中渣土输出控制对地表沉降影响的试验研究。分析结果表明：单位掘进距离的渣土输出量直接关系到盾构掘进过程中的超挖控制，从而影响地表沉降，当出土率小于1时，出土率变化对地表沉降影响较小，当出土率大于1时，出土率增大将显著加大地表沉降。为了最大程度地发挥整个模型试验的科研价值，在盾构...     

盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响

为探明盾构隧道同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的原因,通过对珠海马骝洲隧道工程进行现场测试及施工参数统计,获得了盾构掘进过程中管片外荷载的变化规律与注浆滞后时间;将盾尾视为充满高压液体的密闭容器,盾构推进视为改变容器的边界条件,推导了盾尾体积应变与浆液压力的关系式;并用钱江隧道及Sohpia隧道的监测结果对其适用性进行了验证. 研究结果表明:造成同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的因素主要包括浆液注入口压力的波动变化,管片脱离盾尾过程中浆液的扩散及施工过程中同步注浆相较于盾构行程的滞后效应;马骝洲隧道注浆相较于盾构推进的平均滞后时间为86 s,当盾尾间隙体积变量为1 × 10–4时浆液压力变化值达到了0.218 MPa,盾构机从静止到掘进的短时间内滞后效应会使管片壁后浆液压力急剧降低的现象得到了验证.      

泥岩地层小曲线盾构机姿态纠偏及防止管片上浮控制技术

广西南宁地铁线路穿越多种复杂地质,泥岩作为该地区一种典型地质,盾构机在该地层中掘进,容易出现两种典型的问题:一是盾构机掘进方向姿态难以纠偏,二是隧道管片容易上浮。出现上述问题的要因是泥岩地质较密实且具有一定的强度和微膨胀性,不利于盾构机姿态纠偏,尤其是小曲线隧道;泥岩具有稳定性,盾构同步注浆浆液初凝前对管片造成上浮。通过优化盾构机刀具配置、管片选型、盾构姿态"阶梯式"调整、优化同步注浆配合比缩短初凝时间、二次注浆采用双液浆速凝填充等措施予以解决,实践后隧道成型质量控制良好。     

大直径泥水盾构复合地层速凝浆液的同步注入技术

在大直径泥水盾构施工中,由于大断面隧道所承受的浮力大和泥水对浆液的稀释及通过富水复合地层等不利条件,同步注浆效果大受影响.本文结合正在施工的盾构隧道施工情况进行研究分析,通过对盾构原有注浆设备和管路优化改造,由传统的同步注入单液水泥砂浆改造为同步注入复合浆液,达到了同步注入速凝浆液的目的,并通过在施工中加强过程控制和采取辅助措施,解决了因同步注浆效果差造成的管片上浮及开裂等技术难题,取得了很好的效果.     

盾构隧道穿越河堤引发异常沉降原因分析及治理

依托长沙地铁2号线区间穿越龙王港河堤地表沉降过大的工程案例,分析了沉降发生的原因及相应采取的工程治理措施。为研究治理方案的实际效果,采用有限元软件Plaxis对地层加固前后区间隧道穿越施工工况进行模拟,对周边土体位移、地表沉降、盾构管片弯矩的数值进行对比分析。结果表明:通过注浆加固提高盾构隧道覆土范围土体工程力学性能后,可以有效减低整个地层的位移及盾构管片弯矩数值。监测数值表明,对河堤进行注浆加固可以有效地防止地表过大沉降。     

基于三维非连续几何模型的盾构施工模拟

以苏州地铁一号线工程为研究背景,建立考虑管片分块、连接螺栓及施工过程各因素的三维非连续几何模型,对盾构法施工过程进行仿真模拟.论述了盾构开挖系统模型的几何非线性方程组的推导过程,盾构顶进推力及注浆材料性质的计算方法.模拟计算结果显示：盾构管片内外侧表面大部分区域处于受压状态,拱顶与拱底部位及靠近连接螺栓的部分区域处于受拉状态;受盾构顶推力作用,盾构开挖面前方土体有一个典型的隆起区域,地表最大隆起值为2.5 mm,出现在盾构开挖面前方8.5 m处;盾构开挖面后方土体沿隧道纵向的沉降受注浆材料影响随时间变化,并逐渐趋于稳定;在盾构法施工中,各管片连接处的土体受施工影响明显,土体塑性区范围较大.     

富水硬岩地层盾构管片上浮机理及控制对策

管片上浮引发的错台、开裂是盾构隧道施工过程中的典型问题。针对长沙地铁6 号线朝芙区间管片上浮严重的地段,分析了富水硬岩地层中管片上浮的机理,并采用数值模拟的方法探究了浆液凝固时间、浆液早期弹性模量及地下水位对管片上浮的影响,结合施工过程提出控制管片上浮的对策。研究结果表明:浆液的凝固时间对管片上浮影响最大,通过调整浆液的配比,让浆液在4~6h内凝固可有效控制管片上浮;浆液的早期弹性模量对于管片上浮也有很大影响,可根据实际情况选择性质较好的浆液,其中双液浆可在30s内速凝形成很高的弹性模量,可应用于上浮严重地段,抑制管片上浮;较低的地下水压力对抑制管片上浮较有利,在盾尾每10环施作止水环箍可有效形成止水隔离带,降低地下水的影响;控制同步注浆过程保证同步注浆的质量,其中注浆压力控制在设定范围内且不能超过设定值,将理论注浆量进行调整且增加管片上部注浆比例;控制盾构的掘进姿态从而减小管片受力不均引起的上浮,同时控制盾构掘进速度能够保证盾尾空隙被同步注浆浆液有效填充。     

大断面隧道盾构法施工引起的地表沉降分析

地铁特殊地段使用超大异型断面隧道,因其结构较单管和双管隧道复杂,隧道断面有其自身的特殊性,因此,有必要开展大断面隧道盾构法施工引起的地表沉降监测方面的研究,以便为宁波市地铁后续盾构隧道工程的设计、施工积累经验。本文针对大断面隧道盾构法施工的地表沉降问题进行了现场监测数据分析,结果表明:大断面盾构掘进在施工期间对地表沉降影响较大,在地质较差地段,影响更为明显;大断面盾构施工期间进行二次注浆可明显抑制地表沉降,但在地层比较薄弱或被其他施工扰动过的地段应严格控制注浆量和注浆压力;大断面盾构施工后期沉降稳定时间远比单圆盾构后期稳定时间长,后期沉降影响更为显著。     

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

土压平衡盾构隧道引起的地表沉降规律研究

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。以广州地铁3号线某盾构区间隧道为研究对象,运用三维有限差分法对盾构施工过程中影响地面沉降的因素——土舱压力、盾尾注浆压力和地层损失率进行较为系统的研究,可得出结论：影响盾构隧道地表沉降最大的因素为地层损失和注浆压力,增大土舱压力对降低隧道地表沉降的作用非常有限。     

盾构施工穿越PBA工法车站站台层的数值模拟研究

以北京地铁马连洼车站为工程背景,采用ANSYS软件模拟盾构穿越PBA工法车站的施工过程,通过数值计算结果分析,研究盾构施工隧道穿越PBA车站时地表沉降、车站结构应力变化规律,可得下列结论：盾构在扣拱后的导洞下部掘进时对地表的沉降影响很小;盾构隧道掘进对上部导洞初支结构内力影响非常小;站厅层施工对盾构施工隧道影响较小,后续施工对管片轴力的影响要大于对管片弯矩的影响.计算结果表明：在条件受限时,采用先隧后站的施工方法既可以缩短工期,同时也能保证结构的安全.     

盾构管片开裂原因分析及应对措施

管片作为盾构隧道的主体结构,其开裂必将造成隧道的质量问题,并最终影响隧道的使用寿命。通过对隧道管片在盾构掘进施工中产生的裂缝进行原因分析,提出相应的对策,对指导施工具有重要意义。     

地铁区间隧道穿越粉细砂地层土压平衡盾构施工技术

石家庄市城市轨道交通1号线体育场站~北宋站区间隧道穿越粉细砂地层,施工采用土压平衡盾构掘进技术,对始发洞口进行了双管旋喷桩加固,掘进过程中优化了盾构推进速度、土仓压力、出土量、推力及注浆压力等主要技术参数,保证了施工安全,区间隧道顺利贯通;采用同步注浆和二次注浆措施及优化的掘进施工参数控制了掌子面的稳定和地表沉降。工程实践证明土压平衡盾构也适用于粉细砂地层的区间隧道施工。     

盾构管片开裂原因分析及应对措施

管片作为盾构隧道的主体结构,其开裂必将造成隧道的质量问题,并最终影响隧道的使用寿命.通过对隧道管片在盾构掘进施工中产生的裂缝进行原因分析,提出相应的对策,对指导施工具有重要意义.     

双线盾构隧道施工沉降影响因素分析

盾构隧道施工引发的地层沉降一直是困扰工程界的难题。以北京地铁14号线方庄—十里河站区间双线隧道为背景,构建三维数值计算模型对先后线路隧道开挖和注浆过程进行分析。采用修正的剑桥模型计算地层土体,采用刚度迁移法模拟盾构掘进过程和同步注浆的施工过程。分析了壁后注浆压力、注浆量、浆液随时间固结硬化及先后掘进施工对地表变形的影响。结果表明:合理确定注浆量和注浆压力能够有效控制地表沉降,考虑浆液硬化的沉降计算结果要大于不考虑硬化因素的结果;在最优注浆压力和注浆量的条件下,用体积应变法模拟注浆并考虑浆液硬化的计算结果更与现场监测值非常吻合;后期线路施工不仅引起地层进一步沉降,还增大了先施工隧道的结构变形。     

盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制

为研究盾构下穿既有盾构隧道时施工参数的合理取值,以北京南水北调东干渠工程盾构隧道穿越既有地铁盾构隧道施工为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟和现场监测数据、盾构施工参数的分析,讨论了既有左右线隧道沉降存在差异的原因,总结了控制沉降的施工参数经验,阐述了既有隧道受穿越施工扰动的沉降规律,提出并验证了盾构隧道病害整治的方法.研究结果表明:受盾构施工参数的影响,既有左线隧道沉降23.9 mm,而右线仅沉降4.8 mm,沉降差异明显,但规律基本一致;盾构施工时,土仓压力调整级差不宜大于0.005 MPa,严格控制同步注浆压力在0.50 MPa,二次补浆压力在0.20~0.35 MPa,曲线段适当减缓掘进速度;已投入运营的地铁维修作业时间短,宜通过化学注浆治理管片接缝和螺栓孔处的渗漏水,压力注胶充填树脂治理道床裂缝.      

软弱富水地层盾构掘进引起的地表变形控制

以苏州地铁5号线某区间盾构隧道为研究对象,以施工期间掘进参数及隧道地表实测监测数据为依据,分析盾构掘进工程中地质条件、土仓压力、推进速度等因素对地表变形的影响。结果分析表明:盾构掘进面前方一倍洞径处,地表易隆起,地表隆起量随着推进速度、土仓压力、同步注浆压力的增大而增大;随着盾构掘进,地层受施工扰动及水土损失影响,地层开始出现沉降,并不断增大,在距离盾尾两倍洞径位置附近趋于稳定。文中针对盾构在富水砂层、粉土、粉质粘土段掘进存在的问题,提出了地表变形控制措施。     

地铁盾构双线隧道施工地层变形及衬砌结构应力数值分析

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用FLAC3D建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以"椭圆化"变形为主,兼有断面收缩变形.     

盾构施工参数对隧道收敛变形的影响研究

依托武汉地铁11号线光谷四路站到光谷五路站施工段,研究盾构施工参数的选取对盾构管 片力学行为的影响,并针对可能出现的问题提出相应的控制措施。采用Abaqus 有限元计算软件对该工程中的S形曲线典型段的施工过程进行精细化仿真模拟,结合施工过程中典型监测点的长期监测资料,总结施工参数对隧道整环管片变形的影响规律,为施工过程中的隧道整环管片变形 预测与控制提供理论支撑。结果表明,围岩地质条件、注浆质量、土仓压力对盾构管片力学行为的影响较大,盾尾间隙对盾构管片力学行为的影响较小。将监测值与模拟值对比分析,发现两者 规律基本一致,说明对隧道工程进行数值模拟预测和仿真分析具有合理性和适用性。     

ANSYS软件在盾构管片设计中的应用

盾构法施工是一种施工效率高且对环境影响小的隧道施工方法,管片是盾构隧道的长期受载体,其质量直接关系到隧道的安全.选用ANSYS中shell63单元建立盾构管片模型,对模型加载后进行结构分析.