地表均布超载作用下软土地区既有盾构隧道周围附加土压力与变形计算方法

在地表均布超载导致既有盾构隧道对周围土体的相对挤压量计算方法的基础上,根据隧道变形与其周围土压力、土体压缩变形的关系,提出既有盾构隧道附加土压力与隧道变形的解析计算方法。该计算方法不仅考虑隧道穿越土层、上覆土层、下卧土层的物理力学性能,而且考虑盾构隧道的横断面变形刚度。通过工程案例对提出的计算方法进行验证性分析。结果表明:从隧道椭圆度来看,解析计算结果与现场实测结果吻合较好;从隧道周围附加土压力以及隧道上覆土层中的附加竖向土压力来看,提出的附加土压力与隧道变形的解析计算方法可行,计算过程简化合理。对比分析是否考虑竖向相对挤压对应的2种隧道周围附加土压力模式表明,考虑竖向相对挤压附加土压力模式时的隧道变形更大。     

复合式土压平衡盾构隧道开挖面稳定理论与应用研究

简要介绍了土压平衡盾构的应用范围和特点;论述了盾构隧道开挖面的稳定机理和支护压力的计算方法。以ZTE6250复合式土压平衡盾构为例,详细介绍了该盾构的设计思路、稳定隧道开挖面的实现过程以及支护压力的控制方法。     

基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算

在盾构掘进过程中,由于刀盘的挤压作用,土仓压力不等于掘进面土压力。为研究二者的关系,提出基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算方法。建立模拟盾构掘进的ANSYS三维模型,结合盾构前方土体(或构筑物)的实测变形数据,调用ANSYS优化分析模块计算盾构掘进面土压力。该方法的适用区域为:位移监测点位于主要受掘进面土压力挤压作用区域的土体内。以上海地铁7号线上行线隧道斜下穿既有地铁2号线下行线隧道盾构施工工程为例,采用该方法对掘进面土压力进行计算分析。结果表明:该方法在本工程中的适用范围为盾构掘进刀盘距既有隧道中心线6～18m的区域;掘进面土压力约为土仓压力的1.17倍。     

地表超载作用下软土地区既有盾构隧道与地层的相互作用分析

关于地表超载对既有盾构隧道的影响,现有分析计算理论将包含盾构隧道的地层视为完全土质地层,忽略了地表超载过程中既有隧道与地层相互作用导致的盾构隧道周围附加土压力。从盾构隧道上覆土层的土体间沉降状态来看,地表超载与隧道原有上覆土层对盾构隧道的影响不同,有必要单独考虑地表超载对既有盾构隧道的影响。在模型试验的基础上,开展既有盾构隧道与地层相互作用分析。结果表明:地表超载导致的既有盾构隧道附加土压力与隧道穿越土层、上覆土层及下卧土层的物理力学性能有关,也与盾构隧道的横向刚度有关;若按照现有理论计算软土地层中既有盾构隧道的允许地表超载,结果偏危险。     

土压平衡盾构穿越土砂复合地层控制技术

以北京地铁10号线二期工程为背景,详细分析土压平衡盾构穿越土砂复合地层过程中诱发的地层变形规律,同时分析盾构土压力、同步注浆压力及同步注浆量的控制情况,研究结果对指导施工及反馈隧道设计具有重要理论与实际意义,也可为类似研究提供参考。     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工对策研究

为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全,利用三维数值有限元软件精细化建模,考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响,多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应,判定上部交叉运营地铁隧道所受影响并给出合理的注浆压力和掌子面压力参数。工程实际中利用莱卡TS30监测机器人建立了自动监测系统,对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果得到:(1)掌子面压力越大,既有隧道沉降越小,运营隧道左线仰拱沉降最大,仰拱最大沉降范围为3.4～3.7 mm;新建隧道左线线路中线所对应的地表最大沉降范围在1.9～2.1 mm之间。(2)注浆压力越大,既有隧道沉降越小,左线拱顶最大沉降范围在2. 6～3. 6 mm;新建隧道左线线路中线所对应的地表最大沉降范围在1～2. 1 mm。(3)盾构隧道在下穿运营地铁1号线过程中,邻近运营隧道拱顶最大沉降范围在2～3.5 mm,远小于10 mm,可确保运营隧道安全。(4)采用选取的注浆压力0. 3～0. 36 MPa与土仓压力0. 1～0. 13 MPa下施工,盾构隧道穿过运营隧道后,运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm,轨道沉降值小于10 mm,符合要求,运营隧道安全。最后,提出了相应施工对策:在盾构下穿既有隧道施工时,应减少超挖、适当选取盾构施工参数、盾构快速通过近接区和实时监测反馈施工。     

隧道盾构法施工地面沉降影响因素分析

利用三维非线性有限元方法模拟土压平衡式盾构推进过程中引起的地面沉降,研究了盾构覆土厚度、盾构外径、土压仓压力、盾尾空隙等因素变化对地面沉降的影响,并在此基础上提出了能够综合反映上述因素影响的盾构隧道地面沉降计算公式.通过与上海地铁4号线浦东南路站～南浦大桥站区间隧道盾构开挖的实际地面沉降数据的比较,验证了计算公式的合理性.     

土压平衡盾构土仓压力的计算方法研究

在土压平衡盾构施工时,如何确定土仓压力的合理保持范围是减小地层扰动的关键。使用太沙基理论计算土仓压力时,存在深浅埋界限不明确、透水地层与不透水地层界限模糊等问题。根据成都地铁18号线所处地层、隧道尺寸以及埋深情况,基于土力学理论和DIN模型,提出适用于盾构隧道穿越弱透水地层的土仓压力计算模型,分析水压力在弱透水层中对土体有效应力的影响,得出弱透水层中横向土压力的表达式,并针对成都地区砂卵石+下伏泥岩的地层状况,通过数据统计拟合给出水头折减系数推荐取值。     

基于土压平衡模式的盾构穿越密集建筑群变形控制技术研究

沈阳地铁4号线劳动路站—望花屯站区间隧道采用盾构法施工,隧道在曲线段穿越密集建筑物群,且建筑物变形控制标准高,隧道穿越地层为富水黏土地层.根据试验段的土压平衡和泥水平衡两种模式掘进效果对比,提出采用土压平衡模式穿越建筑物.详细探讨了穿越过程的盾构掘进参数、土仓压力设定、B型管片注浆孔设置以及曲线段测量控制技术,研制了适...     

模拟土与隧道相互作用的液压加载系统设计与试验应用

目前,盾构隧道整环足尺试验,其加载模式主要采用荷载控制。液压系统施加在结构上的荷载来源于静止土压力的计算值。这种加载方式采用荷载结构法的思想,难以反映作用在盾构隧道上的土压力随结构变形而改变的特性。针对以上不足,提出荷载位移曲线控制原理并将其应用于盾构隧道整环足尺试验。首先通过数值计算和地勘资料确定地层位移和地层抗力之间的关系,将其输入系统。然后观察此曲线与以液压缸顶力和行程为坐标的点的相对位置,通过调整液压缸顶力使得该点位于曲线上。此控制原理能够实现结构所受荷载随结构位移变化而变化,从而真实地模拟地层对盾构隧道的作用。在盾构隧道足尺试验中具有良好的应用前景。     

EPB盾构机在富水砂层中的适应性分析

基于盾构机土压平衡基本原理,从防止水土突涌的角度,分别讨论在正常状态下和地下水大量渗入时,土仓压力和螺旋输送机底部所能承受的最大土压力的计算方法。通过比较土仓压力和螺旋输送机底部所能承受的最大土压力,来判定EPB盾构机在渗透系数较高的富水砂层中实现土压平衡模式掘进的能力。并结合工程实践给出具体算例。     

盾构可编程控制器(PLC)系统设计研究

研究目的：自主开发设计盾构可编程控制器（PLC）系统，掌握盾构国产化研究的关键技术。 研究方法：针对盾构的结构特点，进行可编程控制器（PLC）的选型；通过对土压平衡盾构的工况、工作流程及功能要求分析，从系统设计、硬件配置、程序编写等方面对PLC控制系统的设计研究进行详细阐述，体现了检修维护方便，扩充灵活，降低造价的设计优点；从土压平衡控制、姿态控制、推进缸速度与压力协调控制等方面，对盾构的主要动作的控制原理进行了说明；并介绍了计算机控制系统对盾构进行参数设置、故障诊断，远程监视、数据采集分析的基本功能。 研究结果：已基本完成PLC控制系统的设计，为实现盾构可编程控制器（PLC）控制系统的国产化打下了基础。 研究结论：对盾构可编程控制器（PLC）系统的设计研究，已列入国家“863”攻关计划，为国产盾构的开发提供了试验参考。     

土压平衡盾构过圆砾土层施工技术浅析

通过研究西安地铁一号线12标采用土压平衡盾构机穿越600 m全断面圆砾土地层的施工风险,提出了在盾构机设计、渣土改良,控制沉降等方面的各项措施,为以后类似工程施工提供借鉴。     

土压平衡盾构机过富水砂层施工技术

根据广州—佛山城际轨道交通盾构施工区段的地质情况,采用土压平衡盾构机进行施工。施工中须采取一定的技术措施,避免盾构机在富水砂层作业中出现地层沉降、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题。文章就其工艺流程、操作要点及关键材料的配合比等施工技术要点作简要介绍。     

北京地铁无水砂卵石地层盾构施工技术难点及施工对策研究

针对土压平衡盾构在砂卵石地层掘进中经常出现土压建立困难,刀盘推力与扭矩大且磨损严重,经常出现刀盘"卡死"、螺旋输送机磨损严重及抱死现象,采取对土体进行塑流化改良、刀盘改造及刀具优化、调整注浆配比等措施,很好地控制了地面沉降,确保了该区间的顺利贯通。     

冲洪积复杂地层大直径盾构机长距离掘进关键设备配置设计研究

为避免出现大直径土压平衡盾构机长距离掘进复杂地层时设备配置不当导致渣土改良效果差的问题,以太原铁路枢纽西南环线东晋隧道盾构区间为工程背景,通过采用可变开口率完整直角型式复合刀盘,布设"立体分层"式刀具,土仓壁安装 3 个固定的主动搅拌装置,按照刀盘的旋转轨迹布置 16 路泡沫、膨润土喷嘴,设置 U 型转渣螺旋机,并在箱体上设计喷水口及改良口等措施,获得大直径土压平衡盾构机在冲洪积复合地层渣土改良的良好效果。     

富水砂层盾构渣土改良技术

在富水砂层中选择土压平衡盾构机掘进施工,对渣土改良有更高要求和难度。北京地铁6号线东部新城站~东小营站间地质构造为典型的富水砂层,结合该工程采用土压平衡盾构施工的成功案例,对富水砂层渣土改良技术加以总结,为以后类似工程提供经验。     

国产盾构在地铁隧道施工中的应用

以上海轨道交通古北路站-中山公园站区间隧道为工程背景,介绍我国首台用于地铁隧道施工的加泥式土压平衡盾构掘进机的设计制造工艺、技术特点和工程应用情况。     

滨海孤石地层盾构掘进的稳定性数值分析

孤石是风化岩残留体硬度高强度大,地层存在孤石是阻碍盾构施工的危害之一。依托厦门城轨交通4号线彭厝北站~蔡厝站区间,针对滨海孤石地层盾构掘进的稳定性进行离散元数值分析,分别研究孤石与隧道距离、隧道埋深、孤石位置及盾尾空隙对地层稳定性的影响。研究结果表明:随着孤石与隧道距离增大,地层扰动范围、拱顶衬砌压力变化及地表沉降都有减小的趋势;随着隧道埋深的增大,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,衬砌土压力整体上呈现增大趋势;随着孤石位置逐步远离隧道顶部,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,孤石位于拱肩、拱脚、仰拱底时衬砌压力产生突变;随着盾尾空隙增大地层扰动程度及地表沉降也增大,衬砌拱顶土压力呈增大趋势。     

孤石地层盾构推进施工技术

孤石在盾构施工中的影响主要有两方面:一是对盾构机的影响,表现在对刀具、刀盘以及主轴承密封的损伤;二是对施工质量的影响,表现在盾构姿态难以控制导致偏离隧道轴线,以及土仓压力难以控制导致前方土体坍塌。结合福州地铁1号线工程实例,讨论盾构穿越孤石地层的难点和风险,重点介绍了破除孤石的主要方法和施工中的掘进技术,以及孤石地层中进行孤石预处理的重要性。