盾构法施工引起的地层变位分析

研究目的：在城市隧道施工过程中，地层变位的大小往往成为决定施工成败的关键因素之一。通过对因施工引起地层原始应力状态改变、土体损失、管片衬砌变形等进行分析，合理设定盾构掘进参数，建立有效土压平衡，减小对地层的扰动和地层损失，保证施工质量。研究结论：以北京地铁4号线19标段盾构工程为例，对施工开挖造成地层原始应力状态改变、地层损失引起的地层位移进行了分析，并对施工现场进行监控量测。分析和量测数据验证，合理设定土压、同步注浆、掘进速度等掘进参数，建立有效的土压平衡，即可将各项变形控制在规定的范围内。     

盾构法施工对既有桥基础变位的影响分析

研究目的:盾构法施工对周围土体及既有建筑物的影响极为复杂,分析盾构施工过程中对周围既有桥梁基础的影响具有重要的工程价值和研究意义。本文以某隧道开挖的工程实例为背景,采用ABAQUS通用有限元软件,建立了结构的三维有限元模型,考虑了土体及其与结构间的非线性特性,模拟了盾构法隧道开挖的完整施工过程,最终得到了盾构施工过程中既有桥梁的承台和桩基础的变位规律。研究结论:分析表明,在开挖过程中,在开挖掌子面压力的作用下,前方土体隆起,最大隆起量为4.287 mm;由于开挖引起的土体损失、土体应力释放以及盾尾空隙的共同作用,导致盾构正上方及盾构后方的土体发生沉降,最大沉降量为6.651 mm。盾构施工过程中,承台将发生较大的竖向、横向和纵向变位,不可忽略。进行既有桥梁上部结构分析时应考虑承台的基础变位影响。     

盾构施工引起地层损失率变化特征

城市地铁盾构法施工对周围土体产生扰动引起地表位移是施工中必须重视的问题。当盾构隧道下穿既有隧道或管线等构筑物时,地层位移不可忽略。以北京地铁14号线方-十区间为背景,采用地层分层位移监测技术体系,通过多元回归分析和坐标转换等方法监测得到某一位置不同深度测点地层位移,研究不同深度地层的竖向位移分布特征以及随盾构推进的动态变化规律,并结合数值模拟进行对比分析。结果表明：地表和不同深度地层都呈现明显正态分布的沉降槽特征,沉降槽最大沉降值从拱顶传至地表过程中逐渐衰减且变形影响范围不断向两侧扩展,埋深较小的沉降槽宽而浅,埋深较大的沉降槽窄而深。实测结果及数值模拟均揭示了盾体通过阶段和盾尾脱出后阶段占有最终沉降较大比例,这为有效充填开挖间隙以及加强盾尾空隙注浆效果以有效控制地层位移提供理论支撑及指导意义。     

盾构法地铁隧道施工引起的地表变形分析

以南京地铁1号线许府巷—南京站区间隧道为背景,结合现场监测数据及各项掘进参数设置,对土压平衡盾构在富水饱和粉土、粉砂夹细砂、粉细砂地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析,并使用有限差分法程序FLAC3D对考虑盾构施工工序、地下水位、土仓压力和注浆等因素的地表变形进行模拟计算分析。实测分析结果表明地表变形特征为:沉降速率大,测点最大沉降速率在-12~-15 mm.d-1之间;地层稳定快,盾尾脱出2~3 d后地层即趋于稳定;影响范围小,盾构掘进对隧道纵向地表的扰动在刀盘前方约10 m至盾尾后方16~20 m的范围内,横向地表沉降主要分布在隧道中心线两侧各5~7 m的范围内,地表距中心线20 m以外几乎不受影响。模拟计算地表沉降分布结果与实测数据基本吻合。     

富水砂卵石地层盾构法施工地表坍塌原因及对策

分析成都地铁工程因高富水、卵石含量高、强度高造成盾构施工困难的情况,通过不断摸索实践,基本解决了富水砂卵石地层长距离快速掘进的难题.论述由于砂卵石地层的自稳特性,地表沉降表现出一定的滞后性,给工程带来安全隐患,对地表坍塌原因进行初步分析,并结合工程实践提出相应的施工对策.     

复合地层曲线盾构隧道施工环境影响分析研究

以南京地铁7号线万寿村站—丁家庄站区间工程为背景,建立复合地层曲线盾构隧道三维数值仿真模型,利用现场实测数据验证数值模型的可靠性.计算分析隧道曲线半径和地层分布对施工环境的影响规律,分析得出曲线隧道施工造成的超挖量对地表沉降影响显著,超挖量越大,沉降量越大,10 m m超挖量会导致约2.08 m m的沉降增量;隧道于复...     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

岩溶地层中的盾构隧道施工

研究目的：岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落，地层大量失水、坍塌，严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。对溶洞的空间分布、大小及充填情况，溶洞处理，盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究，并组织精心设计、精心施工，以保证施工及运营安全。研究方法：采用多种勘查手段分析岩溶地层，充分注重盾构机及盾构施工的特点，比选、优化设计施工方案。研究结果：顺利完成岩溶段盾构隧道施工，验证了勘查及加固方案，填补了国内的空白。研究结论：综合运用多种探测方法对探明溶洞的分布很有成效；根据盾构施工特点制定地层加固方案并有效实施以及对盾构机设计进行针对性的改进并采取相应的掘进技术措施都是适宜的。     

富水砂卵石地层盾构施工引起地面塌陷的原因及建议

通过成都地铁某车站端头盾构始发掘进后引起地面塌陷的典型实例,分析富水砂卵石地层中盾构施工引起地面塌陷的原因,如对地质情况不了解、出土量超方、盾构机故障、围岩加固不及时等,阐述事故的处理过程、总结富水砂卵石地层盾构掘进的控制参数,以及在工程地质地下管线、应急处置、信息化监控管理、盾构掘进控制等方面的管理措施,为类似工程提供参考.     

盾构法隧道端头井地层加固方法及其应用研究

研究目的:盾构始发或接收是控制盾构法隧道工程的关键节点之一,鉴于盾构法隧道端头井地层加固风险高、投资大,且近年来由于端头井地层加固处理不当引起的工程事故屡见不鲜,因此需要针对不同的地质条件与加固要求,明确合理的地层加固方式与相应的加固范围,以及环境保护要求相对苛刻条件下的特殊工法。研究结论:通过研究得出:(1)由土体稳定性与止水性要求共同确定的纵向加固长度为盾构机长度与(1~2)倍管片环宽之和,而由土体稳定性确定的加固长度仅需3~4 m;(2)受橡胶老化与密封压力较低的影响,铰链板结合止水橡胶板密封装置的使用受到限制,箱体密封装置由于密封压力高、密封性能可靠且施工便捷,在泥水盾构工程中比较适用;(3)盾构密闭始发装置在风险控制、工期保障、环境保护与循环利用等方面具有明显的优势;(4)盾构密闭始发装置可应用于各类盾构隧道工程,尤其是周边环境控制要求高、不允许进行地面管线改迁的工程。     

盾构斜向下穿运营隧道的水平位移影响分析

基于盾构施工对周围土体及构筑物的扰动影响机理,通过实测数据对盾构近距离斜向下穿运营隧道的水平位移进行定量分析,并讨论运营隧道对盾构3个施工阶段的扰动敏感性:盾构下穿到达前刀盘挤土、通过时盾壳摩擦力、通过后地层损失。通过对1号线运营隧道监测数据的综合分析,可了解盾构穿越对其扰动程度,并在此基础上进一步对现有的盾构施工参数方案进行优化,确保已运营地铁隧道的安全,供后续类似工程参考借鉴。     

平行盾构隧道施工地表变位影响因素研究

研究目的:探明平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位分布变化规律,及各制约因素(如围岩条件、隧道埋深、隧道净距、顶推力等)的差异对地表沉隆变位量的影响。研究方法:以西安地铁二号线尤家庄至南康村区间盾构隧道研究对象,引入荷载释放系数和等效刚度系数,采用三维有限元法对平行盾构隧道施工引起地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线分布及变化规律进行了研究。研究结果:揭示了围岩条件、隧道埋深、顶推力、隧道净距等因素差异对平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位的影响,运用三维曲线探讨得出平行盾构隧道施工过程中的地表沉隆变位曲线空间分布变化规律。研究结论:围岩条件恶化、隧道埋深降低、顶推力加大、净距减小等都将导致平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位量的增大,建议工程施工中采取调整顶推力、适当增大隧道净距等措施以降低平行盾构隧道施工对地表环境的影响。     

建(构)筑物下盾构掘进施工隆沉控制

研究目的:目前国家和地方还没有盾构穿越建(构)筑物的隆沉控制标准,以及在盾构推进施工过程中地表隆沉多少才不会影响建(构)筑物的正常使用。在软土层地质条件下根据盾构机设备和施工参数的技术要求,研究新型同步注浆浆液配合比、初凝时间、注入量以及二次双液浆注配合比注入量。分析研究推进过程中盾构机为中心的不同位置的隆沉。研究结论:在室内理论配合比的基础上,结合施工现场操作和使用,确定了满足施工技术要求的准厚浆配合比,根据现场地面监测数据每环注入3.75 m3准厚浆和1.2 m3双液浆,能控制地面沉降在10 mm内。根据现场监测数据显示,管片刚拖出盾尾时地面变化值最大,同步注浆量要足,二次注浆能有效控制后期沉降。建(构)筑物隆沉在-16～+4 mm范围基本没有影响。     

武汉地铁盾构施工地表沉降的非等间隔模型分析

研究目的:地铁盾构施工监测数据(特别在盾构始发段)具有数据量小,监测间隔不相等的特点,一般数据拟合与预测方法的应用受到诸多约束。研究结论:本文提出了通过预设阈值的改进非等间隔模型,并基于武汉地铁盾构二号线的积玉桥始发段的监测数据进行了拟合与预测分析。结果表明,本文方法能在数据量小,非等间隔监测数据的前提下,对地表沉降进行较好的拟合与预测,并与传统非等间隔模型的结果进行了比较。     

盾构隧道下穿机场停机坪的变形规律

在机场线盾构区间下穿期间,对停机坪沉降、停机坪平曲度变化以及板块差异沉降进行精密监测,分析停机坪的变形规律,说明停机坪的平整性对飞机安全滑行的重要意义;在监测过程中将结果及时反馈给业主、停机坪管理单位、监理和施工单位,从而做到信息化施工,保证施工安全和停机坪运营安全。     

隧道盾构施工对邻近管线群位移影响的模型试验研究

隧道盾构施工会对邻近管线造成不利影响,但目前对管线位移的研究多集中在单一管线方面,考虑管线之间影响的研究较少。针对这一问题,开展砂土地层盾构施工对邻近管线群影响的室内模型试验,研究隧道盾构垂直下穿多条既有管线时对管线竖向沉降的影响。研究结果表明:当单一管线垂直于隧道开挖方向时,管线最大沉降发生在隧道正上方位置,沉降曲线形态关于隧道轴线呈对称分布,且符合Gauss曲线特征;当隧道垂直下穿双管线时,管线产生的竖向沉降曲线形态与单一管线基本一致,但管线最大沉降值较单一管线明显减小。通过对试验结果的归一化分析,提出管线间距对最大沉降影响的计算公式。     

不同隔离措施在阻隔盾构施工引起地层变形试验研究

以京张高铁清华园大直径泥水盾构隧道工程为背景,重点探究盾构掘进过程中竖向隔离措施对于地层变形传播的阻隔特征。实测3种竖向隔离结构包括钻孔灌注桩、复合锚杆桩及门型墩的位移及其影响下的地层变形,同时提出衡量隔离措施对地层变形阻隔程度的判别指标,依据此指标发现,门型墩的隔离效果最优、钻孔灌注桩的隔离效果次之、复合锚杆桩的隔离效果最差,但三者的隔离效果的差别并不很明显。同时采用数值方法对隔离措施的隔离效应进行模拟,得出同样类似的结论。本文的研究可以为类似工程中隔离措施的选择提供借鉴,考虑到经济的适用性要求,一般采用复合锚杆桩足以阻隔变形。     

卸荷条件下盾构隧道变形的简化计算方法

开挖卸荷导致已建下卧盾构隧道发生受力变形是城市基础设施建设面临的热点和难点问题。提出了一种盾构隧道在上方卸荷作用条件下横向变形的简化计算方法,假设隧道横断面上下方土体抗力的分布形式为不相等的三角形分布,利用力法求解隧道横断面变形,通过将隧道整体隆起与隧道横断面变形叠加获得隧道最终变形,并通过工程实例分析验证该简化计算方法的有效性。研究表明,提出的计算方法简单、便捷,且具有较好的精确度,可应用于工程实际。     

盾构施工引起土体超孔隙水压力消散问题的研究

基于Terzaghi-Rendulic二维固结理论,将土体视为饱和弹性介质,采用保角变换的方法将含有圆环(隧道)的半无限空间区域映射为圆环域,建立衬砌在不透水的情况下隧道周围土体超孔隙水压力分布的控制方程。采用分离变量法对该控制方程进行求解,得到处于饱和弹性土体中隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解。结合算例分析不同隧道埋深的情况下隧道顶部及水平向超孔隙水压力随时间变化的情况,以及埋深一定时隧道上方土体超孔隙水压力的变化规律。研究结果表明:隧道埋深越深,周围土体中超孔隙水压力的消散速度越慢;在开始阶段超孔隙水压力消散速度较快,随着时间的推移消散速度逐渐减慢;隧道周围土体水平向超孔隙水压力的消散速度要比竖向的消散速度快;隧道上方土体距离隧道越近,超孔隙水压力的消散速度越快。