盾构隧道施工引起周围土体超孔隙水压力的分析

盾构隧道施工在推进过程中将不可避免地对周围土层产生扰动,从而在土体中产生超孔隙水压力,导致后期固结沉降。文章基于修正剑桥模型,采用应力路径法,对盾构掘进产生的超孔隙水压力的大小、扰动范围以及分布规律等进行了计算分析,从而得出了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力峰值;同时,通过考虑开挖面土舱压力、隧道中心处土体的静止土压力及土体粘聚力等因素的影响,确定了盾构施工引起周围土体超孔隙水压力的影响范围;在不考虑纵向渗流的前提下,根据达西定律原理推导得出了隧道周围土体超孔隙水压力的分布规律。结合算例分析表明:采用应力路径法得到的隧道周围土体超孔隙水压力的峰值与隧道的埋深呈线性关系;随着隧道埋深的增加,盾构施工对土体的扰动范围及超孔隙水压力的峰值都在不断增加;但超孔隙水压力的变化趋势随隧道埋深的增加逐渐变缓,当H/D=1.5时超孔隙水压力的变化趋势近似为线性。     

孔隙水压力观测在强夯法地基处理中的应用

文章通过对A码头地基处理工程强夯过程中超静孔隙水压力随夯击次数、深度、距离的变化规律及在各土层中的增长与消散规律的研究,确定强夯次数、夯点布置、加固影响深度等强夯参数,计算地基固结情况,确定两遍强夯的间隔时间,分析孔隙水压力观测在地基处理工程中的应用。     

考虑施工扰动影响下地铁工后沉降及孔压变化数值分析

目前,地铁施工引起的地基土变形和孔压变化已受到广泛重视。文章依据Henkel提出的三向应力条件下的超孔隙水压力理论,求得隧道起拱线处初始超孔隙水压力,通过MIDAS-GTS建立三维有限元模型,对杭州地铁工后固结进行数值模拟,分析了受施工扰动影响的工后不同时间段内地基土沉降和孔压分布规律。结果表明:施工完成后,土体中的超孔压分布呈左右对称分布,且孔压的消散程度与地基土固结度基本一致;固结沉降主要发生在盾构掘进初期,最大值出现在地表处;固结度越高,由地铁运行所引起的孔压变化量越小。     

真空—堆载联合预压法在软土地基处理中的应用研究

通过现场测试试验，初步揭承真空—堆载联合预压引起的地基垂直和侧向变形机理，并分析孔隙水压力的消散规律。由于这种软土地基处理方式对于提高路基稳定性、加快工程施工、缩短施工工期、加快软土地基固结、减少工后沉降等方面有着良好的作用，因此对这次试验进行的分析总结有助于真空——堆载联合预压法在我国高速公路软土地基处理中的推广应用。     

膨胀土包芯填筑路基变形开裂原因分析与处治

文章结合南宁外环公路工程实际,分析了该膨胀土包芯填筑路基变形开裂情况,揭示路基基底存在软弱土层是膨胀性泥岩包芯筑填路基变形开裂的主要原因,场地微地形及特定地下水环境对路基变形开裂也有一定不利影响;提出采用压力化学灌浆对基底软弱土体及填筑土体进行固结增强,并于坡脚设置微型钢管群桩加钢筋混凝土系梁加固稳定路堤坡脚,处治效果良好。     

降雨入渗作用下的边坡稳定性数值模拟研究

为研究降雨入渗作用下的边坡稳定性问题,文章以云南省昭通市某高速公路边坡为例,基于Geo-studio有限元数值软件,探究了不同雨强、不同雨型作用下的高边坡稳定性问题,通过边坡安全系数、孔隙水压力以及位移分析了降雨对边坡稳定性的影响。得到以下结论:(1)随着降雨强度的增大,边坡的安全系数减小,孔隙水压力增大,峰值位移出现在特大暴雨(150 mm/d)工况中;(2)当降雨结束后,不同雨型作用下边坡安全系数大小排序为均峰型<前峰型<中峰型<后峰型,边坡位移大小关系为后峰型<中峰型<前峰型<均峰型;(3)随着降雨时间的持续,孔隙水压力大体上呈现增大的趋势。该研究可为解决降雨入渗下边坡稳定性提供参考。     

近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解

考虑开挖及渗流影响的水工隧洞围岩稳定是一个重要课题,而近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移研究是该课题的难点。据此,文章基于弹性假设理论,引入反溶腔作用系数,采用复势理论求解近溶腔水工隧洞开挖问题,获得围岩应力及位移解析表达式。将水工隧洞内水外渗的各影响因素简化为轴对称情况,并将渗流场以渗透体积力方式作用于应力场,采用平面应变理论求得正常运行期的过水公式,最后通过叠加原理求得弹性解。在满足挪威准则条件下,对比内水外渗前后的计算结果,依次探讨反溶腔作用系数、岩石孔隙水压力及埋深等的影响规律。分析结果表明:初次充水对围岩稳定起决定作用;反溶腔作用系数及埋深增大有助于围岩稳定;在岩石孔隙水压力影响下,溶腔一侧环向应力场出现大小值交换现象,而径向应力场并不出现该现象;近溶腔水工隧洞围岩偏压效应随着反溶腔作用系数的增大而弱化。     

软土地基上不同建设形式的路基变形规律分析

为研究软土地基公路新建及拓宽过程的路基变形规律,建立数值计算模型,系统分析了一次性新建窄路基、一次性新建宽路基及拓宽型宽路基3种路基建设形式对路基变形规律的影响,结果表明：（1）新建窄路基拓建后的宽路基会导致老路基坡脚处侧向变形向内发展及路肩地基下沉的工程病害;（2）新建宽路基地基表面沉降曲线形态由“W”向“U”转变,而拓宽路基地基沉降变形曲线由“W”向“U”至“W”转变;并且软土地基的固结过程和新老路基之间在作用时将造成地基产生沉降;（3）不同路基建设形式导致的地基总沉降变形峰值基本相同,但成型方式对施工沉降及工后沉降的影响较大。     

低稳定性路基处理技术研究

在各类公路修建过程中,部分地区存在地质较差的情况,此类地基往往多是由淤泥、淤泥质黏土组成,具有渗透性差、抗剪强度低、孔隙比大、压缩性高等特点,严重影响了公路施工甚至其运营安全性。文章结合某公路工程,分析了低稳定性路基公路处理的关键难点,根据低稳定性路基处理技术研究,重新设计了排水固结法以及碎石桩法两个方案,达到加快排水固结速度、提高路基整体稳定性的目的,可作为低稳定路基的首选处治方法。     

隧道围岩压力和锚杆轴力的特性分析

结合江西武吉高速公路隧道15个典型断面的监测信息.分析围岩压力和锚杆轴力的稳定值和稳定时间变化规律.结果表明,锚杆未能充分发挥支护作用,应加强锚杆锚固力;隧道位置、施工方法及围岩级别对围岩压力和锚杆轴力的稳定时间有影响.利用围岩压力经验公式计算值与实际监测值进行比较,分析了经验公式对实际隧道工程的适用性.结果表明,深浅埋法计算值比实测值大;系数法和普氏法计算值与实测值相近,但计算结果有赖于参数的选取;泰沙基法计算深埋隧道的围岩压力误差较大.考虑隧道埋深和围岩级别的影响,获得围岩压力与隧道埋深的乘幂关系,以及围岩压力与围岩级别的指数拟合公式.通过监测数据获得的一些规律性结论,可为隧道结构设计和结构计算提供参考.     

基于实测数据统计的盾构隧道土压力分布规律研究

盾构管片所受土压力大小与盾构隧道施工过程中同步注浆、盾构机姿态、管片及地层刚度等因素紧密相关,上述问题的复杂性决定了已有理论公式和经验方法并未较好地反映盾构管片实际受力状态。文章通过收集35座盾构隧道的52个典型土压力监测断面实测数据,基于实测数据统计分析了盾构隧道土压力分布规律和影响因素。结果表明:(1)盾构管片所受土压力在0~400 k Pa之间的占样本总量的90%以上,经验注浆压力取0.3~0.4 MPa较为合理;(2)管片所受土压力与埋深近似呈指数关系,最大土压力与稳定土压力差值随埋深增大而减小;(3)侧压力系数λ范围为(0.5,2.3),部分超出了规范推荐的Ⅵ级围岩(0.5,1.0)取值区间,直接沿用规范建议值有失稳妥;(4)管片所受土压力与管-土刚度比近似满足二次函数关系,管-土刚度比ψ=1.0时,管片受力最为合理;(5)粘土地层管片所受土压力时空分布具有典型的4个阶段,即拼装阶段—注浆影响阶段—固结收缩阶段—土压力回升阶段,环向土压力具有不对称分布特性;砂土地层土水压力监测曲线分别呈"弱衰减脉冲式波动"和"双驼峰"分布特征,稳定后环向土压力对称分布特性显著,水压力具有"下大上小"的灯泡型分布形态。其结论可为研究盾构隧道土压力作用机理及管片设计方法的完善提供参考和借鉴。     

地铁双护盾TBM隧道穿越富水断裂带管片壁后回填注浆技术研究

城市地铁双护盾TBM在富水断裂带地层掘进时易面临涌水、围岩自稳性差等问题，而对管片壁后与围岩的间隙进行同步注浆既能够起到止水，又能够起到加固和及时支护围岩的作用。基于此，设计TBM盾尾封堵板结构，提出豆砾石吹填与同步注浆回填的新型施工工艺。首先通过室内试验确定同步注浆浆液的最优配比，然后依据管片预留孔点位及围岩与管片之间的间隙体积提出“三步吹填豆砾石”和“三次注浆”的回填工艺，最后进行现场应用。结果表明：同步注浆浆液的最佳A液配比为粉煤灰∶水泥∶水=2.5∶1∶2，其结石率可达95%,A液∶B液=1∶1的双液浆初凝时间短、抗水稀释能力强；现场采用该工艺后，豆砾石吹填饱满，回填体结构完整，成型隧道结构稳定，管片沉降控制效果良好，无渗漏水现象。     

列车动载引起下穿隧道振动三维数值分析

以上海轨道交通9号线R413标段的三孔并行盾构隧道下穿沪一杭铁路干线为背景,采用3D动力有限元对列车动载引起下穿隧道的振动影响进行了研究.结果表明:当对向行驶的两列车机车的后转向架轮载同时作用在B隧道正上方时,为隧道结构的最不利位置;在动载作用下,拱顶竖向压力随埋深呈多段非线性变化;下穿隧道拱顶竖向压力沿纵向呈悬练线形分布,最大值出现在双线铁路的中线处,向两侧逐渐减小,影响约在铁路中线两侧各12m范围,结构产生了显著的纵向拉、压力;经对计算振动加速度和测试结果比较,两者规律基本一致.     

液化土层中不同刚度隧道结构的振动台试验研究

文章开展了不同刚度隧道模型在可液化地基土层中的大型振动台试验,通过对比不同刚度隧道周围可液化地基土的孔隙水压力和加速度时程及其傅里叶频率幅值谱和隧道结构应变等,分析了隧道刚度对其周围可液化地基土的影响。结果表明,隧道结构刚度越大,对其周围土层的约束越大,使其附近土层的加速度越小,且对其附近土层的加速度傅里叶谱曲线形状的影响也越大;土与隧道结构相对刚度不同,土层沿深度变化的加速度放大系数变化规律不同;隧道刚度较小时,其周围土层越容易液化,且隧道刚度对其附近土层孔压的发展规律影响较大,土层埋深越浅,孔压的消散就越快;隧道刚度越小更能屈从于周围土层的运动。     

盾构隧道中细砂液化特性的小型振动台试验研究

文章以福州地铁5号线沿闽江段盾构隧道2-5中细砂地层为试验对象,开展了9个正交设计工况下的小型振动台试验,探究闽江砂土液化特性。结果表明:激振初期不同深度处的超孔隙水压(及超孔隙水压比)均快速累积至峰值,后略微下降并保持平稳直至激振结束;各地震动因素对砂土液化的影响程度依次为输入波振幅输入频率砂土饱和度;浅部砂土地层的液化可能性更大,在设计地震、罕遇地震、巨震作用下分别发生轻微液化、中等液化、完全液化。该试验结果可为后续数值模拟的参数标定提供依据,为闽江沿岸的工程建设提供参考。     

盾构隧道管片壁后注浆厚度对隧道抗浮影响研究

在富水粉砂土地层中,地震液化作用易引起盾构隧道管片上浮,进而导致隧道结构破坏。文章通过振动台模型试验与数值模拟相结合的方式,研究了盾构隧道采取壁后注浆措施前后周边液化地层的动力响应,揭示了盾构隧道的主要破坏模式为液化上浮。在峰值加速度保持不变的情况下,采取壁后注浆的方式虽然不能明显缓解地基土的液化趋势,但可以显著降低模型隧道的上浮位移量。数值模拟结果与试验结果表明:砂土液化最先发生在地表及浅层土体处,随着模型深度的增加,砂土的液化程度逐渐降低,即增加隧道埋深有利于降低隧道液化程度。壁后注浆体通过与隧道结构形成整体,间接增大了上覆有效压力,能够抵消地基液化产生的上浮力。对于直径为6.2 m的盾构隧道,通过管片二次注浆孔进行注浆加固,浆液渗透半径达到1.0 m以上将能产生非常明显的抗液化上浮效果。     

基于强度折减法的穿江管道抗浮稳定性分析

传统有限元法在管道抗浮分析中取得了较好的结果,但并没给出管道埋深下的抗浮稳定安全系数。为此文章采用强度折减法,建立ABAQUS管道抗浮模型,对穿江管道在浮力作用下的行为进行二维数值模拟分析,观察土体塑性区发展过程,确定抗浮稳定安全系数。结果表明,通过改变管道埋深,管道抗浮稳定系数呈线性增加,斜率受土体摩擦角控制;与传统重力分析法相比较,得到了重力分析法的等效c值和φ值,其值可作为实际应用中重力分析法的适用条件。     

盾构隧道局部渗漏水对周围土体孔隙水压力的影响

文章基于复变函数的保角变换方法将含有隧道的半无限平面映射为同心圆环计算域,将隧道周围土体视为均质连续各向同性的饱和介质,通过边界配点法控制盾构隧道局部渗漏水的边界条件,并将解析法与数值法相结合求解了稳定渗流时饱和土体二维渗流的基本微分方程,得到了盾构隧道局部渗漏水引起周围土体孔隙水压力变化的半数值半解析解。结合工程算例,应用该计算方法探讨了隧道渗漏水范围、渗漏水位置、地表与隧道渗漏水边界处总水头差等因素对隧道周围土体孔隙水压力的影响。研究结果表明:盾构隧道发生侧向渗漏水时,周围土体孔隙水压力在水平向1倍隧道中心埋深的范围内变化较大,且渗漏水范围越大。其衰减速度越显著;隧道渗漏水引起的地表与隧道渗漏水边界处总水头差越大,其对土体孔隙水压力的影响越显著,且孔隙水压力的减小量与总水头差呈等比例变化;隧道侧向渗流量随地表与隧道渗漏水边界处总水头差的增大而增大。且两者呈线性关系。     

浅覆土盾构最小埋深的正交试验分析

盾构隧道上覆土层过薄,将可能出现正面塌方或涌水等严重事故。文章针对目前水下盾构隧道最小埋深计算理论存在的问题进行了分析,给出了考虑抗浮安全系数、土层抗剪强度及管片壁后注浆压力的浅覆土盾构最小埋深的计算公式;同时,采用无空列正交试验分析的方法,对影响盾构上覆土厚度的隧道半径、管片壁厚、注浆压力、上覆土有效重度及有效内摩擦角、土的粘度等因素进行了极差和方差分析,得出了最小埋深的显著性影响因子及其随各因素的变化趋势。研究表明:管片厚度及有效内摩擦角对埋深变化影响不大,注浆压力影响非常显著,对推荐公式的主要影响因素为注浆压力、土的粘度、土的有效重度、隧道半径、土的有效内摩擦角、管片厚度。     

超大断面黄土公路隧道围岩压力计算方法分析

文章基于唐家塬超大断面黄土隧道工程实例,采用常用的五种围岩压力计算方法分别计算了围岩压力,并与实测值进行了对比分析,得出了现场实测垂直压力与太沙基理论计算结果基本吻合的结论。在此基础上提出了太沙基理论侧压力系数修正方法,并推荐采用修正后的太沙基理论作为唐家塬隧道的围岩压力计算方法。针对现有隧道深、浅埋界定标准的问题,提出了以中心线土体侧压力系数变化规律为依据的深、浅埋界定数值模拟方法。由此认为,唐家塬隧道为浅埋隧道,隧道深浅埋界限为90 m。