基于小半径曲线隧道盾构施工的Peck公式修正及其工程应用

[目的]在城市轨道交通线路规划中,因受建筑物地基、地下管道和软弱土层等因素影响,通常会选用曲线隧道乃至小半径曲线隧道。与直线隧道相比,小半径曲线隧道盾构施工加大了地面沉降失控风险。因此,需对小半径曲线隧道盾构施工中地面沉降控制进行研究。[方法]通过计算曲线隧道盾构施工过程中的超挖间隙,推导出曲线段内每一环的超挖量;又通过引入地层损失率得出隧道半径与地层损失率的关系;根据现有Peck公式的适用性统计分析结果,结合基础地层损失率、总地层损失率、超挖导致额外地层损失率,以及沉降体积切片计算得出了适用于小半径曲线隧道盾构施工的修正Peck公式。以太原某地铁线路的工程实例为研究背景,将修正Peck公式计算结果与现场监测数据进行对比,验证了修正Peck公式的适用性。[结果及结论]工程实例验证结果表明,修正Peck公式对小半径曲线隧道盾构施工具有较好的适用性。     

盾构隧道开挖对既有管线及地表的影响分析

城市地铁在建设时不可避免地会影响地下管线的正常使用。对某黄土地区地铁施工过程进行研究,针对以往将土舱压力等效为均布荷载的不足,重点分析将其等效为梯度荷载时地铁隧道开挖对地下管线及地表的影响。结果表明:(1)在地下管线众多影响因素中,埋深的影响最大;(2)地表沉降与管线弹模成反比;(3)管线沉降曲线变化规律符合Peck曲线。研究结果对工程实际起到一定的指导作用。     

浅埋暗挖连拱隧道地面和管线沉降控制的分析

暗挖隧道施工导致土层的扰动和地层应力的释放,从而引起地层的沉降变形。运用Peck经验公式对土层沉降进行分析,经过有限元数值计算进行比较,最后与工程实例的监测结果进行对比。介绍一种进行地面和管线沉降预测的方法,以及在连拱(大跨度)隧道施工中控制管线(特别是雨、污水重力流管线)沉降的施工措施。     

穿越施工中管线与土层共同变形规律分析

研究目的:为了解穿越工程中管线与土层的共同变形规律,建立管-土相互作用三维有限元模型,分析土体及管线刚度、新建隧道直径、管线与隧道净距对管线沉降和内力的影响。研究管线沉降和弯矩随管土刚度系数K的变化规律,提出柔性管线、弹性管线和刚性管线的管土刚度系数K判定值,给出管线最大弯矩和最大沉降的简便计算公式。进行室内离心模型试验及现场实测,将管线监测数据与数值模拟进行对比研究。研究结论:(1)管线沉降和弯矩均随管土刚度系数K的增大而减小;(2)当K<0.1时,管线为柔性管线,管线与土层能够协同变形不产生脱空,此情况下可把土层沉降当作管线沉降来计算管线内力;(3)当K>100时,管线为刚性管线,管线很容易与土层产生脱空,可采用土层反力作为荷载来计算管线内力;(4)当0.1≤K≤100时,管线为弹性管线,可能与土层产生脱空,宜通过考虑管土分离的有限元模型进行其受力分析;(5)本研究成果可为隧道施工中既有管线的安全评价提供理论依据。     

上软下硬地层盾构施工多源沉降数据演化规律

研究目的:上软下硬地层为城市地铁施工中的一种特殊地质,在这种地层中,盾构施工的条件与已有经验公式的假设条件存在差异,并有可能对衬砌、箱涵与管线结构造成工程风险。因此,有必要基于实际工程的监测数据进行针对性的研究。研究结论:本文基于长期施工监测数据的分析,对于某城市地铁上软下硬地层的盾构施工,有如下结论:(1)本区段单线盾构施工时,横向沉降槽形状会受到施工工况的影响,基本符合Peck曲线,最大沉降值大致位于开挖隧道中心线处,产生了较为显著的地表沉降,最大值接近30 mm;(2)本区段盾构施工地表沉降纵断面沉降曲线形状分为4个阶段,掌子面通过时出现较大日沉降;(3)本区段上软下硬地层盾构施工过程中,因为隧道衬砌、箱涵、热力管线自身具有一定刚度,盾构施工时结构沉降会小于土体沉降;衬砌沉降幅值在[-1,+2]mm区间,箱涵、热力管线沉降幅值在[-12,+1]mm区间;(4)本研究成果可为类似上软下硬地层地铁盾构施工设计与施工提供参考。     

地铁暗挖施工引起的地表沉降时空分布模型研究

以北京一地铁区间隧道暗挖施工引起的地表沉降分析为例,研究地表沉降分布规律及其时程分布规律。在大量实测数据的基础上,基于Peck公式进行地表沉降分布的回归分析,并通过修正,得到最大程度包络实测数据的高斯曲线,从而得到地表沉降的范围;基于Logistic函数模型,进行地表沉降随时间变化的回归分析,得到地表沉降时程分布规律和沉降速度时程分布规律。通过该方法得到的地表沉降时空预测曲线与隧道的土层性质、施工方法等密切相关。计算得到的沉降槽宽度系数、地层损失率、时间参数等可为预测沉降的时空分布提供参考数据。     

过江隧道大直径盾构下穿引起的大堤变形分析

应用FLAC3D有限差分程序,并结合现场实测,对直径为11.68m的泥水平衡盾构下穿钱塘江大堤而导致大堤变形的规律进行计算分析,结果表明:受大直径盾构下穿施工的影响,堤顶的最大沉降为30.5mm,沉降曲线最大斜率为0.13%,基本符合变形控制值,说明选取的掘进参数合理、可行;大堤堤顶的横向沉降槽与直径为6.34m的地铁盾构类似,呈高斯正态分布,仍可用Peck公式预估沉降;大堤深层的土体横向沉降槽虽也符合高斯正态分布,但沉降量及沉降槽宽度随深度的变化不如直径为6.34m的地铁盾构明显,因此可近似用堤顶的沉降反映大堤深层土体的沉降;大堤的堤顶及深层土体的水平位移曲线近似呈倒"S"形,最大水平位移出现在地表沉降槽曲线的反弯点处,在施工中应重视大堤深层土体水平位移的监测以及大堤区域内桩基等挡土结构物受到的附加剪切作用。     

地铁隧道施工引起邻近埋地管道位移计算的传递矩阵法

考虑管道埋深对地基基床反力模量的影响并修正Winkler地基模型,采用两阶段分析法,分别对地层沉降函数和管道变形函数进行傅里叶级数展开,推导地层沉降与管道变形的力学关系,定义位移传递矩阵,提出基于地层沉降的管道位移预测公式,实现了隧道施工扰动诱发邻近埋地管道位移的简化求解。与直接解析、有限元差分及数值模拟等方法相比,位移传递矩阵法更加清晰地揭示了管道位移与地层位移间的传递关系,简化了管道位移的求解过程。将本文提出的理论方法与现场实测和模型试验进行对比分析,结果显示本文方法与对比数据符合度良好;同时对影响管道位移的相关参数进行分析,建立了综合考虑多种影响因素的最大埋地管道位移预测公式。     

地铁大跨暗挖隧道下穿桥隧结构变形影响分析

以某地铁工程中单洞双线暗挖隧道下穿桥隧结构为例,通过实测数据分析及数值模拟验证,得出:在现有施工方法及地层条件下,上部既有桥隧结构的变形整体符合Peck单凹槽曲线,其中既有隧道结构沉降曲线比既有桥梁结构沉降曲线更接近Peck公式;地层损失率在0.20%～0.24%之间。分析结果说明,三维数值模拟可较为准确地预测上覆既有桥隧结构的沉降趋势,模拟结果与实测值差异较小。     

软土地区盾构隧道穿越地下管线引起的管线沉降分析

盾构隧道施工引起地下管线沉降的规律与通常情况下盾构推进引起的地层沉降规律有明显的不同.基于某软土地区地铁隧道工程实例,对上、下行线隧道穿越地下煤气管线的整个施工期间及其后续阶段的管线沉降观测数据进行分析,从管线沉降随切口位置的变化、直接观测点与间接观测点的沉降比较、不同位置观测点的沉降比较和纵向沉降特征等4个方面进行研究.结果表明:上、下行线隧道引起地下管线的累计沉降历程规律基本一致;采用间接观测点观测地下管线沉降具有一定的合理性;上、下行线隧道引起地下管线上不同位置观测点沉降的规律有所差异;上行线穿越后,地下管线的纵向沉降近似符合Guassian正态分布,而下行线穿越后不再服从该分布形式.     

含淤泥质土地层中地铁施工 引起地表沉降及防治对策

随着大中城市地铁建设快速推进,在含淤泥质土等软弱土层的地区深入研究因地铁盾构掘进引起的地表沉降显得尤为重要。本文提出了一种能考虑多层地层分布情况的改进Peck经验公式方法,以武汉地铁2号线某区间为研究对象,分别运用提出的改进Peck经验公式方法和数值模拟软件Flac3D对该区段地表沉降情况进行了研究。计算结果表明软弱土层对于地铁施工引起的地表沉降量最为明显,数值分析结果与地表沉降实测资料吻合程度较高;提高软弱土层的抗剪强度参数有益于改善地铁施工引起的地层沉降情况。最后,本文针对研究区间的具体情况,提出了几点相应的软基处理防止地铁施工引起地表沉降的防治措施建议。     

盾构隧道下穿铁路箱涵结构变形特征分析

文章应用三维有限元法,分析盾构隧道下穿引起的既有铁路路基及箱涵结构变形,结果表明,铁路路基沉降规律大致符合Peck曲线,但由于箱涵结构的存在,沉降曲线左右不对称;箱涵最大竖向变形2.4 mm,路基最大竖向沉降3.95 mm。     

富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有管线变形影响规律分析

以南宁轨道交通2号线某区间盾构双线隧道先后通过与隧道间距不同的管线为工程背景,通过FLAC软件数值计算和现场监测相结合的方法研究了富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有临近管线变形的影响规律。结果表明:随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;管线最大沉降量出现在左线隧道中线上方;盾构刀盘通过2倍盾构外径范围后,管线沉降逐渐趋于稳定;管线沉降曲线受右线隧道开挖影响不再符合高斯曲线,同时管线最大拉应力呈增加趋势,而最大压应力呈减小趋势。研究结果可为类似工况下地铁盾构隧道的安全施工提供参考。     

基于武汉地层盾构隧道施工的Peck经验公式修正

隧道施工引起的地表沉降大小受到很多因素的影响,Peck经验公式中,参数的变化会使预测结果容易出现较大的偏差。以武汉地铁3号线盾构下穿铁路工程为依托,结合施工和土质参数及实测沉降数据,采用回归分析的方法对Peck经验公式作线性拟合并进行了对比分析,同时研究了沉降槽宽度系数与盾构切口距监测断面间距的关系以及地表最大沉降量与注浆倍数的关系,并拟合得出了相应的函数计算式来对原系数进行修正。实践验证表明,修正后的Peck公式能很好地预测隧道施工引起的地表沉降,且预测曲线与实测曲线吻合度高。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道温度作用取值研究

基于东南地区某高速铁路桥上曲线段CRTSⅡ型板式无砟轨道三年的实测温度数据,采用时间序列差分法将温度时程曲线趋势变化和短周期变化进行分解,得到轨道结构的均匀温度时程,并用傅里叶级数进行拟合,提出轨道结构均匀温度时程拟合表达式;考虑到常用的概率模型求取梯度极值忽略了尾部数据的影响,导致不同重现期梯度代表值计算存在一定误差...     

塑料排水板地基变形的简易计算法

塑料排水板结合预压处理法广泛应用于软土地基的处理,有效计算和分析排水板地基的变形(沉降和侧向变形)是工程设计和施工中需要考虑的关键问题。预压荷载作用下,表面排水垫层和塑料排水板径向排水边界的共同作用,促使排水板地基表层一定厚度范围内土体的孔隙水同时在竖向和水平向排出,存在明显的双向排水固结效应。当地基深度达到一定深度时,地基土则可近似认为只在水平方向排水固结。对此,基于饱和软土的竖向和水平向固结理论,推导排水板地基表面双向排水固结层厚度的近似计算公式。在考虑预压荷载施加历史的基础上,提出一种基于阶梯型等效时变荷载的排水板地基固结度的简便计算方法,并结合数值仿真计算论述该方法的适用性。结合软土地层的压缩特性及提出的时变荷载预压土层的固结度计算方法,建立预压荷载下排水板地基沉降-时间曲线的实用分析法,并将提出的固结度和沉降计算方法拓展运用于排水板地基侧向变形的预测计算,综合形成排水板地基变形分析的简易法。研究结果表明：该双向排水固结层的厚度与土体竖向与水平向排水效应的相对大小密切相关。基于典型工程案例的应用分析表明,上述方法计算所得排水板地基沉降和侧向变形与实测数据吻合良好,论证了所述方法...     

浅埋矩形顶管施工对临近管线与地表的影响研究

矩形顶管施工引起的地表变形特征与圆形顶管或盾构隧道存在显著差异。为了明确浅埋矩形顶管施工过程中的地表沉降特征以及顶管施工对下方既有盾构隧道的影响,根据现场矩形顶管施工监测结果,分析矩形顶管施工过程中地表的变形规律,以及顶管下方既有盾构隧道的变形情况。传统的Peck公式适用于圆形顶管或圆形盾构隧道,因此采用改进的Peck公式来描述矩形顶管引起的地表变形特征;根据现场监测分析顶管施工引起的地表变形、管线变形和下卧隧道沉降规律。研究表明：改进的Peck公式相比于传统的Peck公式可以准确描述矩形顶管施工引起的地表变形规律;顶管施工引起地表和上方管线的沉降规律是一致的,但与下卧隧道的变形规律存在显著差别。     

盾构施工引起地层损失率的变化特征

以北京地铁14号线方庄—十里河站区间为背景,建立ABAQUS数值模型,并结合Peck公式对地层深层位移曲线进行拟合分析,提出用折线法修正拟合法计算相应深度的地层损失率,并结合现场原位测试试验进行对比验证。结果表明:地层损失与沉降槽宽度系数、最大沉降值成正相关关系,地层深层位移曲线符合Peck公式的正态分布特征,地层损失率在不同深度地层中基本不变,原位测试试验的地层损失率约为0.38%~0.39%,可为类似条件下地层损失的控制及计算提供借鉴。     

移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应的频域—波数域比例边界有限元法分析

基于比例边界有限元法与傅里叶积分变换,分析移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应。考虑到移动荷载运动方向与地铁隧道轴线方向的一致性,将半无限弹性空间动力控制方程进行频域—波数域的傅里叶积分变换;在变换域内,隧道径向采用比例坐标系,环向采用有限元意义离散,在计算域内利用Galerkin法,建立频域—波数域内的比例边界有限元方程,进而推导出半无限空间动力刚度的一阶微分矩阵方程;再利用高频渐近展开和傅里叶积分逆变换,得到时间—空间域系统的动力响应。该方法极大地减小了计算分析量,同时避免了无限边界的计算误差。利用该方法进行实例计算的结果表明:随着荷载移动速度的增大,地铁隧道振动波传播到土体表面,引起的土体振动有放大增强的现象,将会对地铁隧道上部结构的安全性造成一定影响。     

自然环境温度作用下一维混凝土内温度响应模型

基于传热方程和傅里叶级数推导出一维混凝土内温度响应模型,并探讨其相关参数。通过现场试验,研究自然环境温度作用下的一维混凝土内温度响应规律,利用实测结果验证混凝土内温度响应模型的合理性;此外,利用实测数据验证求解混凝土传热系数方法的可行性。试验结果表明:所建立的一维混凝土内温度响应模型可表征自然环境温度作用下混凝土内温度响应规律,其理论拟合曲线与混凝土内实测温度值吻合较好;推导出的表面换热系数公式可以作为求解其值的新方法。