盾构施工参数对地表沉降的影响及控制措施

依托武汉地铁11号线光谷四站—光谷五站工程区间,研究盾构施工参数的选取对隧道开挖附近的地表沉降及土体变形的影响,并提出相应控制措施。盾构掘进中,围岩压力的变化、土体的松动程度、注浆质量的变化及盾尾间隙的选取等都会对地表变形产生影响。采用Abaqus有限元软件对该工程典型掘进段进行精细化仿真,得到沉降模拟值,并运用三维Peck公式得出沉降计算值,最后与施工过程中典型监测点的沉降监测值进行对比,总结施工参数对地表沉降的影响规律,为施工过程中的地表变形预测与控制提供理论支撑。结果表明,围岩条件、土体卸荷程度和注浆质量对地表沉降的影响较大,盾尾间隙对地表沉降的影响较弱;典型监测点的变形规律与数值模拟规律更为接近,说明数值模拟预测与仿真分析的合理性与适用性。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

双线隧道盾构掘进对地表沉降影响的数值分析

研究目的:在双线隧道盾构掘进过程中,先开挖隧道地层变形会对后开挖隧道地层变形产生不可忽视的影响,导致双线隧道盾构掘进完成后地表沉降存在差异性。依托天津地铁某盾构区间隧道掘进工程,基于FLAC3D软件建立隧道掘进过程的有限元模型,从隧道开挖变形、地表沉降的角度分析先挖线路对后挖线路变形特征的影响,验证双线隧道盾构施工导致地表沉降的叠加效应。为保证盾构掘进过程中地表沉降不超标,通过数值模拟分析盾构土仓压力、同步注浆量和出渣量等因素对地表最大沉降量的影响,有效指导盾构隧道施工参数的选择,最后通过现场监测数据验证数值模拟结果的正确性。研究结论:(1)前序次开挖隧道对后序次开挖隧道的隧道拱顶沉降与地表沉降均存在叠加效应影响,后序次开挖隧道的拱顶沉降及地表沉降均略大于前序次隧道的对应沉降值;(2)数值模拟结果与现场实测结果的对比显示,实测地表沉降值相比数值模拟计算值分别高出5. 78 mm、4. 97 mm,隧道的管片沉降实测值与计算值误差均在5%以内,数值模拟计算误差均处于可控范围内,一定程度上验证了数值模拟结果的正确性;(3)本研究结论在城市地铁盾构(TBM)法施工领域,对地表沉降控制方面的机理研究和实践操作有较好的应用效果。     

含气地层双线盾构地表沉降实测分析

研究目的:较之于非含气地层,在含气地层中进行双线盾构掘进诱发的地表沉降规律鲜有报道。为研究含气地层中进行双线盾构掘进诱发的地表沉降规律,首先对国内地铁建设地区浅层气的分布及成分进行系统总结,并依托杭州地铁7号线塘青区间段工程,对含气地层双线盾构施工进行持续地地表变形监测,总结含气地层双线盾构掘进引起的地表沉降规律。研究结论:(1)含气地层盾构掘进引发的地表沉降影响范围较大,地表沉降在盾构通过25 d后趋于稳定;(2)盾构在含气地层中掘进时,存在“三次扰动”效应;(3)含气土中存在“中间气压区”,导致土体排气不彻底,存在基质吸力,使先行线盾构掘进引发的沉降大于后行线;(4)含气地层盾构先行线地表沉降与土体损失率均大于后行线,与软土地区规律相异;(5)本研究成果对合理设置含气土地区盾构施工参数和控制地表变形具有参考作用。     

盾构掘进施工引起的地表沉降分析与研究

结合沈阳地铁1号线某区间隧道工程的盾构施工,采用刚度迁移法对盾构在无附加荷载和下穿构筑物两种工况下的掘进施工进行数值模拟,研究盾构隧道掘进施工对地表构筑物沉降的影响规律。结果表明:盾构掘进施工时地表微量隆起,盾构通过时其上方地表略有沉降,约占总沉降量的40%;盾构通过后,引起的沉降约占总沉降的55%;后续沉降量约占5%;地表最大沉降量发生在线路中线地表处。结合分析结果,优化盾构机掘进参数,现场监测表明地表沉降控制在允许范围,确保盾构施工时地表建筑物的安全和铁路线路的顺利运营。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

盾构法隧道施工地表沉降变形模拟分析

采用FLAC3D程序对深圳某地铁线隧道盾构施工进行数值模拟,分析了不同施工阶段地表变形及其影响因素.分析结果表明,随着盾构掘进的推进,地表沉降范围不断扩大,最大沉降值也不断提高;盾构掘进引起的地表横向沉降分布与Peck统计地表沉降槽形状类似,即洞项上方沉降最大,而距离隧道中线越远沉降越小;土仓压力越大,沉降槽的深度越小;及时注浆能有效减小地表沉降.     

双线盾构隧道注浆范围对地表横向沉降的影响研究

以一城市地铁双线盾构隧道施工为背景,对盾构隧道掘进引起的地表变形进行了现场监控量测、数理统计回归分析及数值仿真模拟,研究了地表横向沉降与双线盾构隧道拱顶处注浆范围之间的关系。研究结果表明:双线盾构隧道施工中,在拱顶处采用深孔注浆技术可有效控制地表沉降。引入地表横向最大沉降修正系数,对日本学者竹山·乔关于多层土层地表沉降计算公式进行了改进,使之适用于采用深孔注浆技术时地表沉降的计算,可为同类工程提供参考。     

地铁盾构穿越复合地层地表变形规律研究

依托苏州地铁首次穿越凝灰岩软硬不均地层工程实际情况,采用数值模拟的手段对盾构隧道连续穿越软硬不均地层及全断面硬岩时的地表变形影响进行了分析研究。通过分析得到地表的横向、纵向变形规律以及施工过程对地表变形观测点的影响,在软硬不均地层中地表变形最大值达到14.2mm,最大沉降槽宽度达到60m,远大于在全断面硬岩地层中掘进对地表影响;同时在复合地层中掘进时,盾构开挖面在通过目标面里程前后15m范围内时,施工对地表变形影响十分明显,在有施工沉降控制性要求时,应格外注意。     

软弱地层盾构近距离对向掘进施工控制技术

文章结合宁波市轨道交通2号线外滩大桥站—正大路站区间盾构近距离对向掘进工程,就软弱土层盾构近距离对向掘进施工控制问题,应用有限元法模拟分析盾构近距离对向施工对地表沉降的影响规律,并依此从对向掘进施工工艺和盾构掘进施工参数提出了施工控制措施。现场监测结果表明,地表沉降、建筑物沉降、隧道管片位移均满足相应标准要求。     

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,10mm超挖量会导致约2.08mm的沉降增量;隧道于复合地层中掘进时,开挖面软弱土体占比越大,地表沉降越大,土体占比升高10%,地表沉降增大约2.1mm。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

盾构隧道垂直下穿暗涵的沉降影响研究

以北京地铁十号线二期11标六里桥站—莲花桥站区间隧道为例,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,对新建盾构隧道垂直下穿暗涵时产生的沉降进行研究,模拟盾构掘进过程中、盾构完全通过后,暗涵底部及对应地面产生的沉降,分别得到相应的沉降最大影响区域,暗涵底部最大沉降值为11.6 mm,地表最大沉降值为5.3 mm,通过现场监测与数值计算结果对比分析,二者结果均比较接近,说明数值模型的合理性。且实际监测最大值为4.7 mm,满足5 mm的控制标准,说明施工过程中采取的措施是有效合理的。     

地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析

以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景,考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序,运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟,并与现场测量数据进行对比分析.结果表明:先施工的右线隧道掘进完成后,隧道上方各层土体越靠近地表,盾构施工引起的地层竖向变形越小,而地层的沉降槽宽度越大,地表沉降槽宽度系数为0.56;近距离双隧道同向先后开挖时,土体相互扰动,地层距离隧道轴线的高度越小,地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显,岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别;两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形,此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用,易出现裂缝,故在施工中应做好切实的防护措施;监测结果验证了数值模拟方法的正确性,在盾构掌子面距离监测点12 m范围内,地表沉降发展得较快.     

天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律研究

重叠盾构隧道施工会对地层产生二次扰动,造成地表变形加剧。为研究其地表变形规律,依托天津地铁5号线宾馆西路—环湖西路区间和6号线环湖西路—宾馆西路区间隧道工程,采用FLAC3D对两种开挖顺序进行数值模拟,并对15个地表监测断面的实测数据进行分析,得到天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律。研究结果表明：(1)本工程中上部隧道推进土压力和静止土压力比值α的合理取值范围为2.0～2.4,下部隧道α宜取1.2～1.6;(2)对地表实测数据进行拟合,可近似认为Peck公式中的沉降参数k服从N～(0.981, 0.230)的分布;(3)不同开挖顺序地表沉降曲线的形状和宽度无变化,开挖顺序2的最大地表沉降增加0.8 mm;(4)“先下后上”的开挖顺序时,地表沉降槽宽度主要受下部隧道影响。     

大直径泥水平衡盾构穿越砂性地层沉降控制分析

结合武汉轨道交通8号线越江区间隧道建设,为研究大直径泥水平衡式盾构穿越砂性地层引起的地表沉降问题,开展盾构施工扰动下地表沉降现场监测分析,盾构穿越过程中部分地表产生较大隆起,且变形稳定后隆起值较大,通过分析盾构施工参数与现场监测数据,判断注浆压力过大为导致地表产生较大隆起的主要原因;通过数值计算,分析不同注浆压力下变形稳定后的沉降槽曲线,结果表明:采用实际注浆参数的计算结果与实测数据比较吻合;考虑到施工中一些不确定因素的影响,结合数值计算结果,为了将地表隆陷控制在较小的量值范围之内,大直径泥水平衡盾构穿越相似条件地层时合理的注浆压力为0. 55～0. 60 MPa。     

地铁盾构区间穿越砂层及下穿既有建筑物影响分析

以青岛地铁1号线汽车北站-流亭机场站盾构区间穿越软弱砂层及下穿建筑物为背景,分别建立两个数值模型进行模拟分析,并与监控量测结果进行比对,研究盾构施工引起围岩扰动的变形情况和既有建筑物的沉降情况。数值计算结果表明,盾构掘进过程中,两个模型的沉降峰值均发生在隧道拱顶正上方,各施工步序中,拱顶的下沉量大于地表沉降量和建筑物下沉量。监测数据表明,地表累计沉降的最大值发生在隧道左线和右线正上方,分别为-11. 9 mm、-13. 1 mm,建筑物累计沉降值为-13. 1 mm,符合安全控制标准。     

考虑水-土耦合的盾构隧道地表沉降试验研究

考虑水-土耦合情况,进行不同隧道埋深、支护压力和掘进速度条件下盾构隧道施工致地表沉降的大型三维物理模型试验,总结不同条件下的地表沉降规律,分析孔隙水压力和围岩压力的变化特性,归纳不同条件下的地表沉降曲线;探讨隧道埋深、支护压力和掘进速度以及孔隙水压力对地表沉降值的影响,推导地表横断面沉降槽计算的经验公式,并将研究成果应用于北京地铁10号线部分区间的地表沉降预测.结果表明:随着隧道埋深增加,地表沉降值减小,地表横向沉降槽影响范围加宽;沉降值随支护超压比增加而增大;掘进速度变化对地表沉降的影响程度较小;施工扰动围岩及孔隙水压力消敞对地表沉降值有较大影响;基于物理模型试验的经验公式预测值与FLAC~(3D)数值模拟预测值、现场实测值均较为吻合.     

富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。