散粒体地层土压盾构掘进掌子面稳定性研究

采用三维离散元方法开展了考虑动态掘进过程条件下的散粒体地层土压盾构掌子面稳定性研究。首先建立与文献[14]室内模型试验相匹配的三维离散元模型,通过对比两者之间结果验证数值方法的合理性,然后采用验证的数值方法建立原型土压盾构模型并在散粒体地层中掘进,探讨隧道埋深、地层特性以及施工扰动等因素对掌子面稳定性的影响规律,并从颗粒运动层面解释隧道失稳机理。研究结果表明:盾构施工过程削弱掌子面稳定性,极限支护压力pf增加,影响程度与面板开口率和掘进状态相关。pf随土体内摩擦角增大而减小,砂土和砂卵石中pf随隧道埋深线性增加。当隧道埋深较大时,密实砂卵石地层中pf基本不再变化。当埋深较浅时,失稳区发展至地表,覆土厚度较大时拱顶上方形成稳定塌落拱,失稳区分布范围随内摩擦角增大而减小。研究成果对散粒体地层中修建盾构隧道确保掌子面稳定具有指导意义。     

兰州地铁一号线下穿黄河砂卵石地层盾构管片分型及优化设计

设计水头、地层、管片刚度、冲刷厚度等应力及位移边界条件影响盾构管片内力分布及其工作性态。结合兰州地铁下穿黄河区间隧道工程,在强透水、弱胶结砂卵石地层中,考虑黄河主槽移位产生的一般冲刷影响,对比分析不同冲刷条件下管片结构的力学响应,给出穿江越河隧道管片设计中百年设计水位、冲刷深度及隧道覆土厚度的确定方法和原则。结合区间隧道陆域段埋深条件,确定区间隧道盾构管片分型及段落分布,达到安全、经济的设计目的,可为类似工程提供参考。     

砂卵石地层物理力学特性对盾构隧道管片内力的影响

以呼和浩特地铁穿越的典型砂卵石地层为例,选取6个地层物理力学参数作为影响因素,采用单因素变量法,分析各因素对管片内力的影响,并通过敏感性系数判断管片内力对各因素的敏感程度。结果表明:管片内力随重度增大而增大;黏聚力、垂直基床系数对管片内力影响不显著;轴力随内摩擦角增大而减小,弯矩随之增大而增大;轴力随静止侧压力系数、水平基床系数增大而增大,弯矩随之增大而减小;偏心距随重度、静止侧压力系数、水平基床系数增大而减小,随黏聚力、内摩擦角增大而增大,但受垂直基床系数影响不大;管片内力对各因素的敏感程度排序为水平基床系数静止侧压力系数内摩擦角重度黏聚力垂直基床系数。     

全断面泥岩地层盾构施工管片上浮控制研究

以成都地铁5号线为例,从泥岩地层特点、地下水和浆液对管片造成的浮力、盾构机掘进速度、盾构机姿态对管片的反向推力入手,对盾构施工中管片上浮的原因进行了较全面的分析和总结,同时提出了质量控制措施,对类似地层施工有一定的指导作用。     

盾构隧道管片结构设计研究

近年来,我国开始了大规模的公路过江隧道及城市地铁隧道的建设工作,由于盾构隧道对地层适应性强、施工便利、能最大限度地减少对城市其他设施的影响,所以得到广泛应用。介绍盾构隧道管片结构设计方法,包括结构形式、分块方案、拼装方式、连接形式、接缝设计、手孔设计等内容。     

兰州地铁1号线下穿黄河段盾构管片选型研究

正近年来,随着国内各大城市地铁项目的陆续兴建,地下工程的建设步伐取得了令世界瞩目的成就,如重庆轨道交通6号线开创了TBM施工国内城市轨道交通的先例[1],西安地铁2号线成功实现了在黄土地区修筑城市轨道交通[2],以及直径达15.43m的上海长江隧道工程[3]等。一个又一个复杂的技术难题得到了有效的解决,如高压、富水条件下的盾构掘进技术[4],软土地区盾尾建筑空隙的有效充填技术[5],地裂缝地段的管片结构设计与防水设计技术[6],以及地形复杂地区大埋深竖井的设计与施工技术等。然     

软土地层大直径盾构始发管片上浮风险控制研究

软土地层浅埋大直径盾构始发技术难度大,管片上浮风险突出,施工过程需严格控制以降低对软土地层的扰动。文章以珠海市横琴杧洲隧道为背景,针对软土地层浅埋大直径盾构隧道始发试掘进过程,探讨始发前地层加固和管片上浮等风险及控制措施;采用PLAXIS^3D有限元软件,建立软土地层大直径盾构始发试掘进数值模型,对比分析地层加固前后不同浆液未凝固区长度下的管片上浮量、地层变形及受扰动范围。结果表明：软土预加固处理、配置速凝浆液、控制盾构掘进速度等措施能有效控制盾构始发管片上浮风险;软基预加固处理对抑制管片上浮效果最好,能提高隧道与周围土体整体性,保证盾构在浅覆土始发试掘进过程有一定安全储备。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

高压富水砂卵石地层盾构隧道管片选型与应用研究

针对高压富水砂卵石地层盾构隧道管片选型 中遇到的一系列关键技术问题,通过类比分析,确定管 片衬砌形式、限界与隧道净空、管片环宽与分块方式; 通过论证分析与技术经济比较,确定管片厚度、拼装方 式、接缝断面构造形式; 通过理论解析,对管片接缝密 封材料的抗水压能力进行分析,验证双道止水装置的 合理性; 利用数值计算,对全线盾构区间管片配筋进行 计算与分类,并给出相应的配筋方案; 通过单、双层衬 砌的内力比较,发现双层衬砌会导致管片弯矩增大、轴 力减小,管片安全系数降低,说明单层衬砌是合理的。 研究结论可为类似条件下的盾构隧道管片选型提供借 鉴与参考。     

盾构隧道通用管片结构力学行为与控制拼装方式研究

采用梁-弹簧模型模拟管片结构、荷载-结构模型计算作用在管片结构上的荷载,并借助有限元法对不同拼装方式下地铁区间盾构隧道通用管片结构进行力学行为分析。结果表明:通用管片结构在不同拼装方式下的力学行为是不相同的,与拼装类型、分析目标环的环向和纵向接头的位置、封顶块的位置有关;错缝拼装控制通用管片结构正负弯矩、剪力、纵向螺栓剪力设计值;通缝拼装控制变形量和地层抗力设计值。对于内力较大的拼装方式,在施工中应采用回避的方式解决,所以配筋设计中可只按一般的内力值进行计算,以便减少管片结构的配筋量和减小螺栓直径,从而降低工程造价。     

富水承压地层盾构管片上浮规律及 控制措施探讨

在地铁盾构施工过程中,隧道管片上浮问题十分普遍,严重时甚至会造成隧道轴线偏差超限,影响整个 线路的设计规划。总结分析国内盾构管片发生上浮的现象和特征,指出承压水对诱发管片上浮起重要作用。依托 北京地铁 17 号线香西区间盾构隧道,开展盾构穿越富水承压地层的理论分析和数值模拟。结果表明：导致该工 程管片发生较大上浮现象的原因不应仅考虑浆液浮力和地层回弹的作用,还应考虑承压水作用的影响。缩短同 步注浆凝结时间和补充二次注浆是针对浆液浮力的措施,而在隧道周边径向注浆则可同时减少地层回弹和承压水 的影响,径向注浆对减小管片上浮效果明显。     

弯矩作用下盾构管片环向接头的力学模型

以兰州地铁1号线为工程背景,通过模型假设,对盾构管片环向受力进行分析,提出接头刚度的定义。通过管片各个阶段的受力特征,建立接头的力学解析模型,推导得到不同受力特征下管片环向接头的力学表达式;然后对管片接头用ANSYS建立有限元模型,在管片轴力与弯矩分别为(0 kN,±50 kN·m)、(200 kN,±100 kN·m)、(400 N,±150 kN·m)、(800 kN,±200 kN·m)、(1 000 kN,±250 kN·m)的情况下,得到弯矩与接头转角的关系,在接头轴力一定的情况下,管片接头转角随弯矩的增大而逐渐增大,但是M-θ曲线的切线斜率随着弯矩的增大而逐渐减小,在轴力超过600 kN时趋于稳定,M-θ曲线斜率为一定值,计算可以简化为直线,相同的计算条件下,解析解与有限元结果呈现相同的变化规律,在实际应用中可以用解析解进行计算得到接头刚度,进而进行管片的接头受力计算。     

纵向裂纹对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响

盾构隧道衬砌管片在施工与运营过程中容易产生纵向裂纹,对管片的承载能力有较大影响。本文依托成都地铁2号线牛王庙—牛市口区间盾构隧道,应用有限差分软件建立裂损管片壳-弹簧计算模型,分析裂纹数量与裂损程度对管片力学特性的影响。结果表明:纵向裂纹会导致其附近管片的内力比无裂纹时明显减小;存在多条裂纹(单一分块仅出现单条裂纹)时,裂纹对管片弯矩影响较大区域的范围并未产生叠加,在同一裂纹影响区单条裂纹与多条裂纹作用效果相近;随着裂损程度的增加,裂纹附近管片的内力逐渐降低,裂纹对管片弯矩影响较大区域的范围有所增加。     

盾构重叠隧道施工力学行为分析

我国地铁建设的快速发展,就涉及地铁建设中上下重叠隧道的相关问题进行研究。利用三维有限元方法并结合广州某重叠盾构施工的地铁工程实例分析了下洞(左线)隧道受上洞(右线)开挖产生的影响范围、上洞盾构在不同推进力下对下洞位移、应力和应变产生的影响和下洞局部范围在有临时支护条件下随上洞开挖产生位移和内力变化。分析表明:下洞隧道结构受上洞盾构施工的影响表示形式为上洞盾构前方的下洞结构存在向下桡曲,而在后方则向上隆起,直至趋于一个定值,其中下洞盾构机的盾尾需在上洞盾构机盾头前方的50 m;上洞隧道在推进过程中,推进力是控制下洞结构变形的主要因素。此时,应严格控制上洞盾构隧道施工时盾构机推进力大小并仔细对下洞结构变形进行监测;对下洞隧道施作临时支撑可以有效减小位移和结构的受力特性;分析计算得出的结论对于盾构重叠隧道设计和施工有一定指导意义。     

大断面越江电力管廊隧道管片接头力学行为研究

为了探究盾构隧道管片接头力学性能,基于苏通GIL综合管廊隧道工程,采用有限元软件ANSYS建立用三维精细化数值模型对其接头力学参数和破坏过程进行计算和分析,并采用试验方法对接头力学行为进行分析,将试验结果与数值计算结果进行对比分析。结果表明:接头竖向位移、接头转角和接头抗弯刚度与接头内力关系曲线具有明显的分段线性或非线性特征,其中接头竖向位移和接头抗弯刚度与弯矩的关系曲线可以分为两段,接头转角与弯矩的关系曲线可以分为3段;轴力对管片接头的各项力学参数均有不同程度的影响;正弯矩接头的破坏始于外弧面混凝土压溃;试验得到的接头力学参数和数值计算结果均呈现出相同的变化规律,验证了数值计算的可信度。     

散粒体道床离散单元法分析

探讨散粒体道床新的数值分析方法－离散单元法，建立道床离散单元模型，计算散粒体道床在不同加载情况下道床的应力，并对结果进行分析。     

淤泥地层中盾构上穿近接地铁线施工稳定性研究

淤泥地层盾构隧道上穿邻近地铁隧道施工难度大、风险高。为了研究淤泥层中盾构上穿近接既有地铁线路的影响规律及控制效果,以深圳地铁5号线右线上穿近接地铁11号线为背景,提出采用旋喷桩联合袖阀管注浆加固技术来提高地基强度并降低对已运营地铁线路的扰动,结合数值模拟和自动化监测数据结果,分析淤泥地层中盾构上穿近接既有地铁线施工稳定性控制效果,并给出盾构掘进参数的建议值。结果表明:旋喷桩联合袖阀管注浆加固技术可对线路起到长期保护作用;盾构施工过程中, 5号线上部地表隆起和沉降量维持在3 mm范围内浮动;在该加固技术条件下,建议土仓压力、注浆压力、推进速度、同步注浆量取值分别为0.14～0.20 MPa,0.15～0.2 MPa,25～35 mm/min,6.5～7.0 m~3/环。     

水下盾构隧道基岩爆破扰动地层管片外荷载实测分析

为探明盾构隧道基岩爆破对管片外荷载的影响,以珠海马骝洲交通隧道工程为依托,介绍改进的基岩爆破预处理措施,采用现场测试的方法对隧道无基岩地层断面及基岩爆破扰动地层断面处的管片外侧水土压力进行长期自动监测。得到以下结论:(1)基岩爆破装药结构经现场验证具有良好的爆破效果,可简化施工作业,利于盾构施工;(2)海底基岩爆破破坏土层的原有结构,爆破地层施工过程中水压力消散较慢,水土"耦合"更为复杂,隧道侧压力增大;(3)监测数据表明无论土层爆破与否,隧道围岩压力均表现以水压力为主的特征。     

盾构隧道管片上浮的机制研究

盾构法施工时难以避免地会对隧道周围地层造成扰动,引起地表位移,对盾尾间隙的充填可以有效地控制盾尾地表沉降。但在盾构掘进、盾尾间隙注浆施工中,隧道管片局部或整体上浮现象也时有发生。对管片结构在施工过程中受力状态进行分析,将管片的上浮归为四大类,即管片封闭成环的上浮、盾构掘进顶推时的上浮、脱出盾尾后管片的上浮、浆液初凝后管片的上浮。并提出管片脱出盾尾后至浆液初凝前的上浮计算方法,此外针对盾构施工期间管片的上浮,提出了管片上浮的控制措施。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计及施工提供一定的技术依据。