福州软土地区土压平衡盾构隧道地表沉降特性分析

文章依托福州软土地区地铁2号线某土压平衡盾构区间隧道,对盾构施工地表沉降监测数据和掘进参数进行分析,总结了地表沉降的特点。结合沉降实测值,给出了地面沉降修正双曲线预测公式的参数。分析结果表明:无论是福州软土地区土压平衡盾构施工引起的地层损失沉降、固结沉降,还是考虑固结沉降的长期沉降均符合Peck公式;盾构掘进时可影响到刀盘前方3D~5D范围,产生少量隆起(沉降);地面沉降主要为盾尾脱离后3~5 d内的地层损失沉降和扰动土体的固结沉降,测量期间分别约占总沉降的65%和32%,实际上固结沉降占比较之更大;修正后的双曲线模型可为福州软土地层类似土压平衡盾构隧道工程条件下隧道中心轴线地面沉降预测提供一定的借鉴,参数a,b和c取值范围分别为-0.14~-0.67 mm/d,-0.028~-0.042 mm~(-1)和-0.89~7.67 mm。     

盾壳摩擦对周围土体工作性状影响的研究

文章以天津地铁二号线东南角站至建国道站区间左线盾构掘进项目为依托,采用ABAQUS对盾构掘进过程产生的地表沉降进行了计算,并结合工程实测结果对其进行验证,并进一步分析了在一定掌子面推力下的盾构掘进过程中,不同盾壳摩擦作用对周围土体变形与受力的影响。研究结果表明:盾壳摩擦作用对土体沿掘进方向的水平位移和附加应力影响较大,且影响最敏感区域位于盾构机头和盾尾附近;当距离隧道超过一倍隧道直径时,盾壳摩擦产生的土体附加应力衰减至可被忽略的程度。     

超大直径盾构隧道下穿铁路施工的离心机模型试验研究

盾构隧道近接下穿运营高速铁路施工会引起地基下沉、轨道不均匀沉降等病害,严重影响线路的正常运行,甚至会对铁路造成破坏。为研究超大直径盾构隧道动态掘进过程对地表城际铁路沉降影响,文章以武汉两湖超大直径盾构隧道斜下穿城际铁路项目为依托,通过土工离心机模型试验模拟了超大直径盾构隧道近接下穿城际铁路施工中盾构接近-下穿-驶离铁路的整个动态过程。研究结果表明:(1)盾构掘进对铁路路基的影响主要集中在下穿点前后各25 m范围,距下穿点25 m之外盾构掘进对铁路路基的影响很小;(2)盾构掘进过程中,下穿铁路前由盾构掘进引起的铁路路基沉降约占掘进全过程引起铁路路基总沉降的36%,下穿后约占64%,下穿后铁路路基沉降速率迅速增加,且大于下穿前;(3)以盾构掘进下穿过铁路15 m处为分界点,在此之前在盾构掘进方向左侧的路基沉降大于右侧的路基沉降,在此之后则相反,最终盾构掘进方向右侧的铁路路基沉降大于左侧。     

盾构隧道下穿对地下管线的变形影响研究

为研究盾构下穿对管线的影响范围,文章以杭州地铁5号线某区间盾构下穿燃气管工程为依托,基于Mohr-Coulomb屈服准则建立三维数值模型模拟盾构下穿管线的分步开挖施工工况,计算结果表明G2破除引起隧道主体结构拱顶沉降、盾构下穿引起管线G1、G3、G4的沉降均在安全限值内。通过研究管线沉降规律发现:(1)若盾构隧道在开挖前土体被扰动,则隧顶沉降比未扰动时大、对隧底隆起无影响,对隧顶沉降主要影响区为扰动土体前后1.5D范围,距离越近影响越大;(2)隧道下穿管线掘进过程中,在距二者平面交点0.5D范围内管线沉降变化明显,超过1.5D后管线基本稳定并达到最大值,施工期间应重点关注。     

盾构隧道施工对强透水砂卵石地层扰动规律研究

文章以下穿黄河某盾构隧道区间为研究背景,结合现场实际施工情况,揭示了强透水砂卵石地层力学特性及失稳机理,同时根据现场监控量测数据,深入分析了强透水砂卵石地层受盾构施工荷载扰动后的地层沉降规律,并提出了相应的安全控制措施。研究结果表明:下穿黄河段典型断面地表横向沉降值分布呈现明显的离散性,与Peck经验公式预测模型拟合度较低;通过对盾构掘进参数进行合理优化,适当提高盾构推力设定值,严格控制盾构掘进姿态和切口泥水压力波动范围,可有效控制地表沉降变形。     

软土地区盾构穿越待改建老旧大堤的变形控制研究

针对国内深厚软土地区盾构下穿改扩建堤坝变形安全控制问题,文章依托上海某典型软土盾构隧道下穿待改扩建堤坝工程,通过对比不同加固方式确定了真空联合堆载预压加固法,现场实测了真空联合堆载预压加固堤坝期间地层变形和孔压变化规律以及盾构下穿期间改扩建堤坝表层变形和隧道自身变形。结果表明:采用真空联合堆载预压加固方法可较好地控制盾构下穿改扩建堤坝的施工风险,真空联合堆载预压法对常规埋深盾构隧道下方约2倍盾构直径范围内的软土有加固效果,双曲线经验法能较好预测软土地区老旧大堤预压加固作用下的地基沉降,盾构穿越预压加固的大堤引发的固结变形沉降较小。     

地铁盾构掘进引起的软弱地层沉降分析

昆明地铁首次在含有泥炭质土软弱地层中采用盾构法施工,难度极大。文章依托昆明地铁首期工程实践,考虑含有泥炭质土软弱地层条件下先行隧道施工对后行隧道施工的影响,建立修正的Peck公式对地表沉降进行计算,在此基础上采用数值方法进一步分析该软弱地层条件下地铁盾构掘进引起地层沉降变形规律,并与地层沉降预测经验公式对比。研究表明:本文方法与数值模拟结果以及现场监测数据吻合较好,可以较好地分析含泥炭质土软弱地层中盾构掘进引起的地层变形规律;先施工隧道的外侧地表沉降变化率较大,后施工的隧道外侧地表沉降变化率较小,但横向沉降范围较大;最大沉降量位于两隧道轴线的中线和先施工隧道的轴线之间,主要由先施工的隧道引起。最后,结合盾构施工监测数据,提出了含泥炭质土软弱地层条件下地铁盾构施工地层变形控制技术措施。     

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。     

大直径盾构隧道穿越建筑物群变形分析与控制措施北大核心CSCD

大直径盾构隧道掘进施工对土体造成扰动,导致地表产生沉降或隆起,继而严重威胁上部建筑物群的结构安全。文章依托某大直径盾构隧道穿越老旧小区密集建筑物群工程,首先利用二维有限元软件计算关键断面房屋的沉降变形,再对比三维有限元软件的计算结果,分析两种计算方法的适用范围;然后基于三维模型探究了不同初期荷载释放率对盾构穿越引起的地表和房屋变形的影响,最后利用Peck公式计算的理论地表沉降数据,梳理初期荷载释放率、地表沉降、地层损失率三者的内部联系并提出了控制变形的相关措施。研究结果表明,初期荷载释放率越小,地表及房屋沉降也越小,对应的地层损失也越小;对于控制地表变形,减小荷载释放率等同于减小地层损失率;初期荷载释放率、地表沉降、地层损失率这三者减小的量值呈线性关系。     

上软下硬地层大直径土压平衡盾构下穿民房建筑群沉降控制北大核心CSCD

依托广州地铁18号线盾构施工,针对其地层分布复杂、软硬差异大及穿越密集民房建筑群等特点,通过注浆加固、现场动态监测、优化掘进参数等一系列主动措施,解决实际工程中掘进参数合理取值与地表建筑沉降变形控制两大难题。研究结果表明:(1)在该类软硬地层中掘进时,刀盘在通过不同岩层断面分界线时扭矩、推力等参数波动较大,总推力与扭矩有良好的相关性,各掘进参数宜控制为:推力30000~35000 kN、扭矩4500~6000 kN·m、推进速度35~45 mm/min;(2)提出的多段式封孔洞内超前注浆工艺可使刀盘前18 m范围内的地表上抬3~5 mm,最大上抬值能达9.02 mm,同时能缓解土体在盾构下穿时及后续固结稳定的沉降趋势;(3)因刀具磨损、掘进参数波动大、螺旋机卡死等引起的临时停机会造成地表建筑日沉降速率超过3 mm/d,在预设停机点位置前采取洞内超前注浆和克泥效工法能有效缓解沉降趋势,在带压开舱期间日沉降速率控制在2 mm/d以下;(4)左右隧道轴线附近的地表建筑沉降基本可分为“微小隆起—沉降较大—逐渐稳定”三个阶段,测点最大沉降值最终稳定在-21.38 mm、-22.49 mm,均小于控制值。     

砂卵石地层盾构隧道施工对周边环境的影响分析

文章以下穿黄河某盾构隧道区间为研究背景,结合现场实际施工情况及现场监控量测数据,深入分析了砂卵石地层条件下的泥水盾构隧道施工对周边环境的影响问题,并提出了相应的安全控制措施。研究结果表明:在砂卵石地层条件下,左线盾构隧道施工对右线隧道上方堤岸的地层沉降有较大影响;通过对盾构掘进参数进行合理优化,适当提高泥浆浆液参数和同步注浆参数指标,严格控制盾构掘进姿态与泥水压力波动范围,可有效避免对堤岸及邻近建筑物结构安全性的影响。     

杭州地铁1号线盾构掘进对周围土体扰动分析

文章以杭州地铁1号线红普路站—九堡站区间段右线隧道盾构掘进为工程背景,对盾构掘进过程中周围土体的变化情况进行了试验性监测研究,其监测内容包含地表沉降、分层沉降、水平位移和孔隙水压力。通过监测数据分析表明:地表沉降主要集中在盾构通过前接近监测断面和盾尾离开监测断面这一期间;在盾构通过时,隧道盾构外侧土体存在明显沉降,而在盾构通过前、后,土体均有不同程度的隆起,并且横向水平位移较大,受挤压效果明显;盾构切口到达和盾尾离开时,孔隙水压力都会出现突然增大随后迅速减小的变化规律,反映了土体挤压、恢复和松弛等扰动状态。     

软土地层双圆盾构改进研究

双圆盾构工法(DOT)在国内外已经有很多工程应用实例,但在软土地层施工过程中出现了一些异常地表沉降问题.文章结合双圆盾构在软土地层的工程实践和监测数据分析,提出了双圆盾构设备改进建议,并对实际效果进行了分析.结果表明:选用辐条式刀盘在合理的施工管理情况下有利于控制沉降;设置帽檐难以得到显著的沉降控制效果;采用先端混合型注浆管、在注浆[口处设置土压力计和选用合适的浆液材料等改进的盾尾注浆设备可以良好地控制双圆盾构施工引起的地层沉降;千斤顶组合、超挖刀和压重等措施可以很好地解决盾构旋转问题.提出的改进措施为改造与研制适合软土地层的双圆盾构奠定了基础,有助于双圆盾构工法在软土地层中的的推广应用.     

地铁盾构隧道施工对近接桩基的影响研究

采用三维有限元方法对盾构隧道近接桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基位移的变化规律.模型中实现了盾构施工过程的步步掘进模拟,采用了接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,并考虑了注浆层硬化的时间过程.计算结果表明,盾构隧道修建时,既有桩基将产生沉降和倾斜,桩基与土体的沉降差导致它们的接触面在地表处产生滑移,桩基顶部向隧道侧挤压,而在另一侧与土体脱离.施工参数的敏感性分析表明,增大顶进力会增大施工期间的桩基倾斜率,但对最终倾斜率影响不大;增大注浆压力则将增大桩基的最终倾斜率.该工作可为类似工程的施工提供参考.     

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.     

复合地层盾构刀具磨损控制技术研究

文章以杭州地铁2号线杭发厂站—人民路站盾构区间隧道工程为背景,首先对盾构穿越上软下硬复合地层段的刀具磨损情况进行了分析,揭示了刀具严重磨损所导致的一系列施工异常现象,包括盾构掘进参数异常、盾构出土异常、地表严重沉降等;其次,针对盾构刀具非预见性严重磨损的工况,提出了地基加固结合常压换刀的处理方法,以及后续盾构掘进过程中土体改良、设备配置优化、参数控制等措施。结果表明,通过对复合地层的盾构施工措施进行优化,刀具磨损量控制在允许范围内。     

南京上软下硬地层盾构半敞开式掘进关键技术研究

上软下硬地层造成盾构施工风险增加,引起地表沉降增大。文章以南京软硬不均地层盾构施工为工程背景,通过分析盾构掘进过程中开挖面的稳定性及相关施工参数的规律,提出了复合地层中适宜的盾构掘进模式及辅助措施,地表沉降分析验证了该施工方法的可行性和可靠性。     

砂-粘土复合地层盾构隧道地表沉降规律研究

文章依托深圳地铁11号线宝—碧区间盾构隧道工程,基于现场实测地表沉降数据和数值模拟分析,探究砂-粘土复合地层盾构隧道施工引起的地表沉降规律。采用高斯峰值函数对隧道横断面沉降数据进行拟合,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量和地层损失率等表征横断面沉降特征的重要参数。与软土地层和砂卵石地层沉降槽宽度系数比较,砂-粘土复合地层沉降槽宽度系数小于软土地层且大于砂卵石地层。采用数值模拟计算结合实测数据的方法,研究了在砂-粘土复合地层中隧道埋深、上覆地层条件和隧道洞身处地层条件对地表沉降的影响。研究结果表明,地表沉降受上覆地层条件影响显著,与接近地表地层性质密切相关。     

软土地层盾构隧道长期沉降离心试验研究

目前建设于软土地区的盾构隧道在长期服役过程中出现了较大的沉降及差异沉降,影响了管片的结构性能及运营安全。为研究软土地层中盾构隧道长期沉降规律,文章以佛山市轨道交通3号线为工程背景,通过离心模型试验研究盾构隧道在不同厚度的软土地层中长期沉降的发展规律以及隧道周边地基土加固对长期沉降的影响。结果表明:隧道下卧土层性质越差且厚度越大,隧道的长期沉降量越大,长期沉降发展时间越长;同时,隧道埋深较大也会使长期沉降量增大;隧道长期沉降和地表变形都会随地基土加固深度的增加而减小,但减小幅度会逐渐降低,加固深度为3 m,6 m和穿透软弱层时,隧道最终沉降量分别减少了16.7%,30.2%和41.3%,隧道正上方地表变形分别减小了25.4%,44.9%和66.3%。     

软土地区狭长型深基坑开挖引起深层土体变形分析

在深厚软土地层中开挖狭长型深基坑将对周边环境产生较大影响。文章通过建立三维有限元模型,采用HS-Small小应变本构模型模拟狭长基坑开挖过程软土变形特性,分析在狭长基坑开挖过程紧邻土体深层位移发展规律。结果表明:邻近土体竖向及水平位移对基坑开挖深度敏感,随着基坑开挖深度的增加而增大;水平位移发展曲线呈V形或弓形形态,最大水平位移基本与开挖深度一致;开挖深度以上土体发生沉降变形,而开挖深度以下土体由于基坑卸荷发生隆起变形;当拆除支撑而不及时施作新梁板结构时,将减弱整体支护刚度,引起地层水平位移与沉降。由于基坑空间效应影响,基坑长边测点水平及竖向位移最大,短边测点次之,坑角最小。