基于实测数据统计的盾构隧道土压力分布规律研究

盾构管片所受土压力大小与盾构隧道施工过程中同步注浆、盾构机姿态、管片及地层刚度等因素紧密相关,上述问题的复杂性决定了已有理论公式和经验方法并未较好地反映盾构管片实际受力状态。文章通过收集35座盾构隧道的52个典型土压力监测断面实测数据,基于实测数据统计分析了盾构隧道土压力分布规律和影响因素。结果表明:(1)盾构管片所受土压力在0~400 k Pa之间的占样本总量的90%以上,经验注浆压力取0.3~0.4 MPa较为合理;(2)管片所受土压力与埋深近似呈指数关系,最大土压力与稳定土压力差值随埋深增大而减小;(3)侧压力系数λ范围为(0.5,2.3),部分超出了规范推荐的Ⅵ级围岩(0.5,1.0)取值区间,直接沿用规范建议值有失稳妥;(4)管片所受土压力与管-土刚度比近似满足二次函数关系,管-土刚度比ψ=1.0时,管片受力最为合理;(5)粘土地层管片所受土压力时空分布具有典型的4个阶段,即拼装阶段—注浆影响阶段—固结收缩阶段—土压力回升阶段,环向土压力具有不对称分布特性;砂土地层土水压力监测曲线分别呈"弱衰减脉冲式波动"和"双驼峰"分布特征,稳定后环向土压力对称分布特性显著,水压力具有"下大上小"的灯泡型分布形态。其结论可为研究盾构隧道土压力作用机理及管片设计方法的完善提供参考和借鉴。     

不均匀地层地铁隧道拱顶荷载计算方法研究

对于断面内地层起伏的盾构隧道,其地层参数差异较大且地层分界线起伏变化,而计算参数的选取将影响荷载的计算精度。文章在经典太沙基松弛土压力公式的基础上,对起伏地层盾构隧道拱顶荷载的计算方法进行研究,分别推导了隧道断面内水平地层和倾斜地层拱顶荷载计算的修正方法。对于水平地层分界线情况,通过分析断面内上部地层所占比例,给出了滑移面宽度取值方法;对于倾斜地层分界线情况,在水平地层分界线情况的基础上,分别对隧道左右侧滑移面宽度进行分析并给了出取值方法。通过对某直径为6 m的起伏地层盾构隧道的侧向土压力进行现场测试,并与经典理论公式进行对比,其结果表明:修正公式计算结果与实测值吻合较好,验证了修正公式的适用性。文章提出的计算方法可为城市盾构隧道工程提供参考。     

运用盾构掘进参数跟踪判断滚刀损坏的研究

目前盾构滚刀磨损的判断通常是经验性的。文章在文献[6]运用盾构掘进参数判断刀具损坏的分析计算方法基础上,进一步考虑了土舱压力的影响,对掘进速度和刀盘扭矩计算模型进行了修正;依托具体工程实例,运用修正计算模型分别对土压平衡盾构、泥水平衡盾构以及TBM等在硬岩中的掘进数据与滚刀情况进行了跟踪判别研究。结果表明,计算结果与滚刀磨损情况比较吻合,该方法对判断滚刀损坏具有可行性、参考性。     

膨胀岩土地层盾构隧道结构力学行为研究

文章在提出膨胀接触压力概念的基础上,采用接触单元对膨胀接触压力和膨胀力的关系进行了研究,得出了膨胀接触压力与膨胀岩土分布、厚度、结构及地层刚度等的关系;同时对膨胀岩土地层中盾构隧道"荷载-结构"模式外荷载及"梁-弹簧"模型的特点进行了分析;并将其分析结果直接应用到成都地铁2号线膨胀岩土地层盾构隧道的结构分析中,得出了盾构隧道在不同膨胀岩土层、膨胀力、埋深和拼装方式条件下的结构内力值,对隧道结构设计起到了指导作用。     

新加坡地铁C855标盾构隧道开挖面稳定性分析及泥水压力设定

复合地层中盾构隧道开挖面稳定性一直是盾构隧道工程技术难点之一。新加坡地铁环线属于典型的复合地层,并首次大规模采用泥水平衡盾构施工。文章结合地铁环线C855标段,对复合地层泥水平衡盾构施工中开挖面的稳定性分析与泥水压力设定等问题进行了探讨,基于Anagnostou和Kovari提出的楔形体模型,引进稳定数Ns概念,对沿线开挖面的泥水压力进行了分析计算,综合考虑设备性能、周边环境条件、现场组织与实施等因素给出了泥水压力设定表;并针对工程实施过程中遇到的问题,如开挖面坍塌、泥水逃逸以及降水等情况进行了分析,成果可为其它类似工程提供借鉴与参考。     

复合地层盾构隧道泡沫改良碴土试验研究

盾构长距离穿越复合地层时,会出现喷涌、刀盘结泥饼、刀盘扭矩过大、刀具磨损严重等施工问题。文章通过自制泡沫发生装置,进行了泡沫改良碴土试验,分析了不同泡沫注入率下全风化、复合、强风化地层碴土的各项物理参数变化情况。试验结果表明:注入泡沫可有效降低碴土的渗透性系数、粘聚力和内摩擦角;使用注入率为20%的泡沫处理改良碴土,其渗透性系数可降低至10-6m/s,满足盾构隧道施工的抗渗要求;盾构掘进强风化土、复合土、全风化土时,满足理想状态下土体"塑性流动"要求的最优泡沫注入率分别为30%,10%和10%。     

土压平衡盾构在富含水砂层中加压开舱技术

文章以北京地铁15号线南法信站-石门站盾构区间右线为工程背景,分析了选择加压开舱技术的理由,提出加压开舱的气压、泥膜和人员等为控制重点要素;论述了加压开舱的原理和工作流程,即根据承压水细中砂地层特点配置适合的泥浆,运用静止土压力理论并考虑土压和水压设定开舱气压,经过一定的流程形成掌子面及周边密封的泥漠,通过在人舱内一定速率的加压和减压,最终完成加压开舱检查刀盘的工作.实践证明,工程中制作的泥漠及设定的压力,有效地控制了土舱内的压力,保证了掌子面和地面的稳定,并且人员的选择、工艺的安排,在很大程度上提高了工作效率、缩短了工期、节省了成本,显现了加压开舱的优点.     

基于拱部CD法修筑的土岩复合地层双层初期支护拱盖法隧道结构稳定性研究

文章以青岛地区典型的"上软下硬"土岩复合地层为工程地质背景,在充分调研、统计、归纳地层纵深岩土体力学参数的分布规律及特征的基础上,以初期支护拱盖"拱脚岩跨比"作为控制变量,建立拱部CD法修筑的拱盖法隧道结构稳定性分析模型,对不同拱脚岩基岩性+覆岩厚度组合下的结构变形规律和拱脚岩体塑性区分布特征进行分析、总结,提出了相应...     

盾构无障碍始发土舱压力计算模型研究

常规的盾构始发需预先凿除钢筋混凝土围护结构,土舱压力无法及时建立,即便对洞口处土体进行了止水加固处理,仍无法彻底改变洞口处土体坍塌、涌水、涌砂等问题。文章基于洞口处采用玻璃纤维筋混凝土围护结构,建立了盾构无障碍始发土舱压力计算模型,提出了盾构无障碍始发土舱压力计算公式。通过在北京地铁16号线工程中的实际应用表明,所建立的计算模型能够反映土舱压力的建立过程,可实现土舱压力的快速建立;此外始发掘进前外加泥土等材料的加入量对于建立土舱压力极为关键。     

上软下硬地层盾构施工技术研究

依托深圳地铁2号线东延线土建2222标侨香站—香蜜站盾构区间,分析了在上软下硬地层中盾构法施工存在进度缓慢、刀具磨损严重、喷涌等难点和风险。为提高上软下硬地层盾构施工的掘进效率,文章给出了具体的盾构掘进参数;针对上软下硬地层盾构施工易发生结泥饼和喷涌等问题,从其发生机理出发,研究了相应碴土改良技术;针对上软下硬地层周边环境复杂、开舱作业风险高的问题,研究了带压开舱换刀技术。     

φ800mm土压平衡式模型盾构试验系统的研制

文章针对自主研发的φ800 mm土压平衡式模型盾构掘进系统,详细介绍了盾构机壳体、掘削系统、螺旋出土器、推进系统和控制台5个重要部件各自的结构形式、布局特点、参数确定及具体功能等,并指出该模型盾构试验系统可根据不同的需求开展原样土体掘进试验、相似模型试验,以及盾构近接施工等复杂条件下的模拟试验;通过在原样砂土地层中的掘进试验结果,分析了地表沉降形态与发展过程及地层损失率与地层位移间的关系;运用Peck公式对地表沉降进行了计算并与试验值进行了对比,验证了该土压平衡式模型盾构掘进系统的可靠性。     

全断面富水砂层浅埋盾构隧道下穿平房群施工参数研究

盾构在富水砂层中掘进时,容易出现喷涌、地表沉降大、流砂等现象,给掘进施工带来很多问题和困难,尤其是在全断面富水砂层中掘进时,如何控制盾构施工参数显得极其重要。文章结合广州地铁21号线水西站—长平站盾构区间隧道工程实例,考虑了工程实践中盾构穿越全断面富水砂层且下穿薄弱基础的水西村民房建筑的情况,进行了盾构施工措施及试验段掘进参数分析,确定了盾构下穿水西村民房建筑的施工参数。监测结果表明:参数实际控制值与分析拟定值接近,地表沉降可以控制在5 mm内,房屋沉降可以控制在10 mm内,验证了参数选取的正确性。盾构在全断面富水砂层中下穿平房群时,实际土舱压力高于静止土压力,同步注浆量不低于1.6倍的理论值,提高土压力和推力可以有效降低平房群的沉降值。     

软土地层小半径盾构隧道下穿在建高铁地基加固效果研究

以福州地铁5号线盾构下穿在建福厦高铁为工程背景,针对软土地层小半径曲线盾构隧道下穿高铁高填方路基交叉施工工程的特殊性,利用现场监测数据对交叉施工全过程展开分析,研究该类工程地基加固效果及施工变形规律。结果表明,该工程若采用预应力混凝土管桩进行地基加固,后期地铁盾构施工不具备施工条件,需施作桩板结构进行地基处理;采用桩板结构对软土区域进行加固处理后,实测数据中最大地表沉降量为5.6 mm,为地表沉降控制值的18.67%,在可控范围内;提前进行地基加固后,当盾构隧道下穿施工时,路基不同位置处仅发生微小沉降,说明桩板结构加固对交叉施工变形有很好的控制效果;随着路基填筑高度增大,各层土压力值整体呈增大趋势,各层土压力变化速率呈“双峰曲线”,路基中间位置的土压力值比靠近两侧的土压力值大;盾构隧道下穿前,桩板结构混凝土支撑轴力的变化大致可分为“线性增长—过渡—再增长—稳定”4个阶段,当盾构下穿后,混凝土支撑轴力有小幅增大,后期逐渐趋于稳定。从监测数据分析可以看出,桩板结构的加固效果显著。     

盾构隧道施工地层变形三维解及影响因素分析

文章以某区间隧道富水砂层条件下盾构施工过程为研究对象,重点考虑了盾构正面附加推力、刀盘与土体之间的摩擦力、盾壳与土体之间的摩擦力、地层损失及盾尾同步注浆压力五方面因素的影响,建立了盾构推进力学模型。基于Mindlin解,建立了考虑同步注浆压力及刀盘摩擦力影响的地层变形三维解析解,并结合现场监测数据和数值分析结果对其进行了验证。分析结果表明:盾构施工引起的横向地表变形曲线呈"V"形,纵向地表变形历时曲线呈"S"形;刀盘与土体之间的摩擦力引起的地层变形曲线左右两侧呈反对称分布;盾尾同步注浆压力引起地层隆起变形,设置合理的注浆压力并及时注浆能有效控制施工变形。该方法得到的结果更为合理,可用于预测盾构施工阶段的地层变形。     

河底地铁盾构隧道管片受力特征分析

穿河盾构隧道相比其它区段盾构隧道的工程地质和水文地质条件更为复杂,特别在我国南方地区,季节性降水量大,地表及地下水位变化明显。针对穿河盾构隧道富水软粘土地层,文章以佛山地铁2号线某区间穿河盾构隧道管片为研究对象,利用Abaqus有限元软件,采用梁-弹簧模型对受力管片进行数值计算分析,并与现场试验所测得的管片轴力进行验证。结果表明,现场测试管片受到的土压力略小于采用全覆土压方法的计算值;盾构隧道周围的水压对管片内力的影响较大,穿河盾构隧道即使上部土层透水性差,在管片设计时也要考虑岩层中裂隙水和承压水存在的可能,且为安全考虑,作用在管片上的土压可按全覆土压来计算。     

浅覆土盾构最小埋深的正交试验分析

盾构隧道上覆土层过薄,将可能出现正面塌方或涌水等严重事故。文章针对目前水下盾构隧道最小埋深计算理论存在的问题进行了分析,给出了考虑抗浮安全系数、土层抗剪强度及管片壁后注浆压力的浅覆土盾构最小埋深的计算公式;同时,采用无空列正交试验分析的方法,对影响盾构上覆土厚度的隧道半径、管片壁厚、注浆压力、上覆土有效重度及有效内摩擦角、土的粘度等因素进行了极差和方差分析,得出了最小埋深的显著性影响因子及其随各因素的变化趋势。研究表明:管片厚度及有效内摩擦角对埋深变化影响不大,注浆压力影响非常显著,对推荐公式的主要影响因素为注浆压力、土的粘度、土的有效重度、隧道半径、土的有效内摩擦角、管片厚度。     

盾构掘进参数对地表沉降的影响分析

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.文章以深圳地铁5号线洪浪-兴东盾构区间下穿广深高速公路立交桥隧道施工为工程依托,通过数值模拟和现场监测,对影响地表沉降的掘进参数进行了模拟分析.计算结果表明,地表下沉与盾构掘进参数密切相关,适当加大注浆压力能有效控制地表沉降;同时,土舱压力与土体原始侧向压力接近时地表沉降量最少.实测地表沉降与掘进参数的关系表明,当注浆量一定时,地面沉降随土舱压力的增加而减小;地表沉降随着注浆量及注浆压力的增大而减小.     

南京轨交机场线复合盾构掘进施工技术

南京轨交机场线工程所处地层条件复杂,地质软硬不均,采用复合盾构进行施工。详细分析了盾构在全断面黏土、上软下硬地层及全断面岩层中掘进所存在的风险及应对措施。总结了复合盾构在安山岩及砂岩等地层中掘进的控制要求。其对今后类似地层盾构施工具有借鉴和参考的意义。     

成都地铁盾构4标段泥水与土压两种盾构机的适应性分析

成都地铁盾构4标段是成都地铁一号线盾构施工试验段,为便于以后盾构机能更准确地选型,本试验段分别采用一台泥水盾构机与一台土压盾构机进行左右线的掘进.通过对两台掘进机的适应性分析可以看出:泥水盾构的缺点是容易堵塞、出碴效率低、对地层完整性要求高、在含泥地层中容易封住开口、对进出洞密封要求高、施工中需要较大场地、施工成本高;优点是对地层扰动小、便于带压进舱.土压平衡盾构的缺点是刀盘磨损严重、地表沉降控制难度高,带压进舱困难;优点是不受出碴限制、掘进速度快、便于维护、成本低.施工实践证明:在地表要求不太严格的情况下适于用土压平衡盾构;在地表要求高、场地较大情况下,适合用泥水盾构.     

超大直径复合式盾构施工技术挑战和展望

文章遵循"地质是基础、盾构是关键、人(技术和管理)是根本"的盾构工程技术决策理念,通过对超大直径盾构在花岗岩、灰岩、碎屑岩三大典型岩类为基础的复合地层中的勘察设计、盾构选型及配置、施工过程中存在的风险进行分析,提出了针对性的解决措施,阐述了超大直径复合式盾构施工技术现状和挑战,并对我国超大直径复合式盾构未来的发展进行了...