砂卵石地层深基坑开挖数值模拟研究

为研究砂卵石地层深基坑开挖过程中基坑土体及支护结构的受力变形特性,运用MIDAS GTS NX软件建立有限元模型,选用修正摩尔库伦屈服准则,基于基坑开挖及支护施作过程开展数值模拟分析,获得基坑土体的位移、应力分布特征及支护结构内力特性.结果表明:随着分层开挖深度的增加,坑底隆起不断增加,灌注桩身水平位移最大值点下移,右侧桩水平位移最大值较左侧桩大;土层的塑性状态区主要分布于基坑两侧及坑底局部范围,呈左右对称分布现象,从地表呈滑弧至基坑底部;支护结构设计时,立柱埋入坑底段应配置抗拉构件,第一道内支撑两端及其跨中处弯矩达到最大,应重点配置抗弯构件.     

砂卵石地层盾构穿越连续梁桥加固施工技术

长沙市轨道交通1号线盾构穿越新中路立交桥D、F匝道桥梁,桥梁桩基持力层全部位于砂卵石地层,有效控制桥梁变形是盾构施工的重难点。经过比选,决定采用双液浆加固和整体式筏板承托相结合的加固方案。通过量测监控和盾构施工参数的优化控制,成功地克服了盾构穿越大型立交桥对原有结构的破坏以及对交通运行的影响。     

基于灰色理论的砂卵石地层盾构施工参数控制对地表沉降影响分析

为了揭示地面沉降对不同盾构施工参数的敏感性,以成都地铁17号线来凤路站—凤溪站盾构区间隧道为例,采用灰色理论对总推力、刀盘扭矩、同步注浆压力等9项控制参数的实测数据进行分析.研究结果表明:地面沉降对盾构施工参数敏感性最主要的3个因素依次为推进速度、注浆压力(注浆量)和螺旋机转速;在成都地区富水砂卵石地层中进行盾构施工时,盾构总推力控制范围为19000～41000 kN,刀盘扭矩控制范围为8000～23000 kN·m,同步注浆压力为1～3 bar;灰色理论模型能客观、准确地反映富水砂卵石地层盾构施工参数控制与地面沉降之间的关系.     

砂卵石层中盾构施工技术分析

砂卵石层中盾构施工存在很大的风险和困难,根据长沙市轨道交通2号线长沙大道~体育公园区间盾构机穿越砂卵石层的案例,对盾构机穿越砂卵石层出现的地表坍陷原因进行了分析,并通过调整盾构施工相关参数、地层加固和加强监测等措施,确保了盾构穿越过程中地表沉降均在规范允许范围内,为以后类似条件下的盾构施工提供参考。     

基于熵值法的砂卵石地层深基坑开挖安全可拓评价

为客观评价富水砂卵石地层中深基坑开挖的安全稳定性,根据结构变形、受力、地下水以及周边环境等因素选取地面沉降、建筑物沉降、地下水位等8个评价指标进行开挖安全性评价,以成都某地铁车站深基坑工程为例,根据基坑开挖4个月内的实测数据,采用熵值法对所选评价指标进行赋权,基于物元理论与可拓集合的关联函数,建立深基坑开挖安全可拓评价模型,并将评价结果与模糊综合评判结果进行比较. 研究结果表明:熵值赋权计算中,混凝土支撑轴力、桩顶沉降和支护结构水平位移是本案例中最重要的三项指标,对安全评价影响最大;对地面沉降与管线沉降的可拓评价结果比模糊综合评判结果高一个等级,与实际监测数据的评判结果相符,有利于施工过程中对潜在风险的防控;基于熵值赋权的可拓评价模型能够对基坑开挖安全性进行单因素分析与综合分析,所构建的可拓评价模型可以在成都地区富水砂卵石地层基坑工程安全评价中推广使用.      

砂卵石地层盾构刀盘有限元分析

参照北京地铁某地段砂卵石地层盾构施工中使用的盾构机刀盘刀具结构,重建了刀盘刀具的三维实体模型;根据地层特性参数计算出了切刀、先行刀和周边刀的切削力以及地层对刀盘的压力和摩擦力,建立了盾构机刀盘的有限元计算模型;针对刀盘初始切削、掘进砂卵石地层和遇到大粒径卵石三种工况,分别分析刀盘刀具的受力特性,得出了应力应变分布规律,并结合工程实例提出刀盘结构的改进措施.     

富水砂卵石地层盾构刀具磨损原因及改进

为研究盾构机掘进砂卵石地层时刀具的磨损机理,以福州某地铁盾构施工为例,分析原施工方案存在的问题及引起盾构刀具过度磨损的原因.为改善土壤性能,在每m3渣土中分别添加150 L泥浆和350 L泡沫;采用辐条式刀盘代替原面板式刀盘;采用主、副切削刀,主超前刀,鱼尾刀,盘圈贝型刀,周边刮刀等刀具,并优化刀具在刀盘上的布置.测量...     

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.     

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.     

砂卵石地层地铁车站降水施工技术

结合成都地铁2号线东门大桥车站降水施工实例,根据第四系全新统冲积层（Q4al）砂卵石层具较强的渗透性的特点,采用大口径管井降水施工方案。在分析了使用大口径管井降水施工方案可行性的同时也阐明了施工技术要点和施工工艺,对于类似土层降水施工具有一定的指导意义。     

砂卵石地层盾构隧道地表最大沉降量预测

为了精准预算地表最大沉降量,对成都地铁17号线白机区间地表沉降监测数据进行回归分析得到沉降槽宽度i,分析了隧道埋深H与i的相关关系;提出了有效注浆率n2参数,修订了单位地层损失体积V的计算式;提出了用已知盾构刀盘半径、管片外径、总注浆率、出渣量、注浆量、渣土松散系数和隧道埋深等现场数据计算地表最大沉降量Smax的公式,并在成都地铁17号线机终区间进行了验算.研究表明:当隧道埋深H = 10～19 m时,H与i的关系符合Allometricl模型;实例验算证明所提出的地表最大沉降量计算公式的计算结果更精确.     

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

饱和砂层泥水平衡盾构隧道开挖面稳定研究

饱和砂层盾构隧道掘进过程中,不当的开挖面支护可能导致开挖面坍塌或挤出破坏.为保证开挖面稳定,压力泥浆通常用来平衡开挖面上的土压力和水压力.因为压力仓中的泥浆压力大于地层中的静水压力,泥浆会向开挖面周围地层入渗.在这种情况下,部分有效支护力转化为超孔隙水压力,导致开挖面上的有效支护压力减小,从而降低开挖面的稳定性.因此,设计支护压力时必须考虑泥浆入渗作用和超孔隙水压力的影响.另外,地层成层情况也会影响开挖面稳定性.结合饱和砂层盾构掘进引起的超孔隙水压力计算模型和室内泥浆入渗试验结果,分析泥浆入渗和超孔隙水压力对开挖面稳定的影响,并讨论地层的分层情况和开挖面水力梯度对开挖面微观稳定的影响.研究结果表明:在设计支护压力必须附加额外压力以弥补泥浆入渗过程中有效支护压力的损失;通过对比均质承压水层和半封闭承压含水层中开挖面上的水力梯度发现,相较均质承压含水层而言,盾构隧道在半封闭承压含水层中掘进时开挖面更加稳定;在没有泥浆支护的情况下,开挖面上的水力梯度很难维持开挖面上土颗粒的稳定,因此建议压力泥浆用于饱和砂层盾构隧道开挖面支护.     

强富水砂砾地层盾尾刷更换施工技术

盾构机在富水砂砾地层中连续长距离掘进时,一旦出现因尾刷失效导致盾尾漏浆漏水,将严重影响连续掘进进度和管片拼装成型质量及盾构施工安全,此时必须在隧道内更换盾尾刷.为保证隧道内更换盾尾刷的可行性、安全性、经济性,提出了采用管片壁后注浆快速固结土体技术应对强富水砂砾地层自稳性差、水压力大等问题的解决思路.尾刷更换前对盾尾15...     

瑞利面波椭圆极化在盾构隧道地层扰动探测中的应用

为解决传统物探方法在城市盾构隧道工程中难以对地层扰动达到较好探测和监测目的,提出了主动源瑞利面波椭圆极化方法. 采用二维有限元数值模拟对实际盾构隧道施工背景下的地层情况进行全波场正演模拟,并对其波场传播、速度频散和椭圆极化频散等特征进行分析;结合工程实例,进一步将椭圆极化方法和传统速度频散方法进行对比研究. 研究结果表明:主动源瑞利面波椭圆极化方法在探测地下介质结构分布及监测地下空洞等异常结构的变化方面具有和传统速度频散方法同样的探测效果,但由于其不需要长大检波器排列,对周围环境震动等噪声抗干扰能力相对较强,因此更适合城市等场地受限和具有一定震动和噪声干扰的环境,从而具有更广阔的应用前景.      

盾构隧道衬砌管片有限元仿真分析

本文以南京地铁实际采用的海瑞克盾构机为例,用ANSYS有限元软件对管片衬砌受力情况进行了仿真分析,得出了一些有价值的结论,这些结论对管片制造和施工时装配都有一定的指导价值.     

砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定.      

厦门翔安海底隧道富水砂层段注浆施工技术研究

厦门翔安海底隧道海域浅滩段610m富水砂层段施工是该工程的重难点之一,而且没有既有经验可以借鉴,施工相对困难。通过试验研究及施工实践,研究了穿越富水砂层段注浆施工的关键技术,优化了注浆材料、注浆参数,总结了配套的注浆施工工艺,保证了工程安全穿越富水砂层不良地质地段。本文的成果为以后行车左洞穿越风化槽的大规模注浆做好充分的准备,井对同类地质条件下的地下工程施工具有一定的借鉴意义。