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。     

盾构隧道穿越桥梁桩基群的桩基托换技术研究

为探析盾构隧道穿越桥梁桩基群中桩基托换过程的受力转换机理及盾构隧道掘进对群桩基础结构的影响,文章以深圳地铁10号线盾构隧道穿越广深高速桥梁桩基群为工程背景,采用FLAC~(3D)开展桩基托换与地铁隧道施工的数值模拟。研究结果表明:桩基托换后,桥梁荷载体系从桥面板→桩基→地基土转换为桥面板→既有桩基+托换桩→地基土,被托换桩的上覆荷载能够有效地转移到新建托换桩上;在桩基托换与盾构掘进过程中所产生的沉降变形能够提高桩端阻力与桩侧摩阻力,使得桩基结构的最大主应力有所降低;桥梁桩基沉降量以盾构隧道推进过程中由地层损失和掘进扰动产生的沉降变形为主,桩基托换所产生的沉降量占总沉降量的20%~30%;桩基沉降变形、侧向位移与主应力降低效应均主要表现在托换桩上,非托换桩变化不大;盾构隧道管片衬砌结构变形主要产生在桩基托换区域附近,且以沉降变形为主,水平位移较小。     

邻近既有深基坑的盾构法隧道施工地层变位分析

文章针对盾构隧道邻近深基坑推进的工况,进行室内缩尺模型试验,并建立了对应工况下的盾构隧道-土体-基坑围护结构三部分共同作用的三维有限元计算模型。通过对比同一工况下的室内模型试验和数值计算结果,验证了三维数值分析的可行性和可靠性;得到了邻近既有深基坑的盾构法隧道施工引起周边地表沉降的分布特点及其变化规律;分析了盾构隧道开挖引起的横断面不同深度处地层位移的特点;分析了隧道上方的地表沉降分布受邻近既有基坑的影响及沉降值随盾构隧道推进进度的变化规律,得到了盾构隧道对基坑围护结构的位移影响情况;并提出了盾构隧道施工过程中对周边地表沉降、地层变位及基坑围护结构位移与变形进行实时监测的建议。     

PBA工法地铁车站下穿桥梁方案优化研究

文章以北京地铁6号线花园桥站下穿花园桥为工程背景,采用FLAC3D数值模拟和层次分析法确定PBA工法(Pile-Beam-Arch Method)地铁车站下穿桥梁的最优方案,并结合监测结果分析了关键施工阶段对地层和桩基的影响。研究表明,同等注浆加固条件下4导洞法控制远、近侧桩基位移效果比5,6导洞法稍好,相同车站施工方法和结构型式下对近侧桥桩区域适当注浆加固和大范围注浆加固效果相近,因此,确定5导洞法及近侧桥桩区域内适当注浆加固为最优方案;导洞开挖、扣拱和其它工序地表沉降比例为0.38∶0.32∶0.30;导洞开挖和扣拱对近侧桩基位移影响较大,站台层开挖对远侧桩基沉降影响最大,导洞开挖和扣拱影响次之,但对水平位移影响较大。     

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。     

大直径双模盾构浅覆土无障碍始发变形控制研究

为探究浅埋环境下大直径双模盾构无障碍始发过程中的变形控制策略，依托新建成蒲铁路紫瑞隧道盾构掘进区间工程，利用FLAC 3D软件建立可视化数值模型，并结合现场监测数据和施工参数，对双模盾构无障碍始发全过程进行模拟，研究刀盘切削洞门围护桩时所施加刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响；通过对比不同加固范围的位移控制效果，验证传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下的应用可行性。结果表明：（1）刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响存在地层差异性，黏性地层下的影响效果要显著于圆砾、砂卵石这类非黏性地层；（2）不论何种地层，刀盘推力梯度对于桩后土体位移的影响效果均要显著于推力数值大小；（3）传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下仍可应用，其中横向加固宽度的理论计算值偏于保守，纵向加固长度则基本满足土体稳定性要求；（4）始发段盾构模式转换位置的选择对于后续施工引起的地表竖向位移有着显著影响，建议选在加固区域内或靠近加固区边界处。     

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.     

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。     

双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究

盾构法施工中不可避免地会对周围地层产生扰动影响,故加强盾构施工变形控制显得尤为重要。文章以某城市地铁盾构隧道工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟方法,研究了双孔平行隧道施工地表沉降分布规律及影响因素,提出了改进的双线隧道地表沉降预测方法,并与现场实测数据进行了对比分析。研究结果表明:隧道间距越大,形成"W"形沉降曲线特征越明显;隧道埋深越小,沉降曲线由"V"形向"W"形转变所需的隧道间距L越小;土质条件越好,地层扰动影响范围越小,"W"形沉降槽特征也越显著;采用C=L/2i来描述双线平行隧道地表沉降分布特征是可行的,随C值增大地表沉降曲线分布由"V"形—"锅底"形—"W"形发展,"W"形非对称性分布特征与隧道相对间距有关;由本文提出的双线盾构施工引起的地表沉降计算公式计算出的地表沉降预测值与实测沉降曲线吻合较好,可用于双线隧道施工地表沉降变形预测,对盾构隧道研究具有重要理论指导和实践意义。     

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。     

基于局部刚度修正法的盾构隧道下穿历史保护建筑数值模拟分析

局部刚度修正法可以考虑接头和手孔对管片衬砌环的刚度影响,其假定管片接头及手孔附近区域的刚度应该进行修正,而管片其余区域的刚度却保持原有刚度。文章考虑管片环向接头引起的衬砌环刚度折减,采用小应变硬化土本构模型分析盾构掘进引起的衬砌结构内力、地表沉降和周边土体位移响应,建立了隧道-土体-建筑相互作用的三维有限元数值模型,并在上海地铁11号线双线区间盾构隧道下穿越历史保护建筑物工程中进行了应用。作为对比,建立了基于惯用法的三维数值模型,并与现场实测结果进行对比,结果显示,局部刚度修正法和实测值吻合更好。模拟结果表明,既有建筑不仅改变了地表的沉降槽,而且极大地减小了沉降槽相关点的水平位移;既有建筑的扭曲值与隧道开挖面和既有建筑的位置有关,且最终既有建筑的扭曲值并未随施工的结束而减小,而是保留了较大的残余扭曲。文章所提出的模拟方法可为软土地区盾构施工扰动控制研究提供参考。     

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.     

郑州砂性地层盾构穿越电力隧道数值计算分析

文章针对郑州地铁盾构法隧道近距离叠交穿越电力隧道的施工工况,应用ABAQUS软件对地铁隧道穿越电力隧道施工进行数值模拟,研究分析了郑州砂性地层盾构施工引起的地表以及电力隧道的沉降规律。计算结果表明,地表沉降最大值位于两隧道中心,约12 mm;电力隧道最大沉降值位于盾构隧道与电力隧道交点处,最大值约15 mm,在规范要求沉降范围内。基于研究成果,采取针对性施工措施后,地表沉降与电力隧道的沉降得到了有效控制,确保了电力隧道的安全。     

超大直径泥水式盾构施工地层变形规律研究

文章以南京市纬三路过江通道大直径双线盾构(φ14.5 m)工程为背景,结合现场监测数据,对超大直径泥水式盾构在砂、砂卵石地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析。研究结果表明:盾构隧道地表纵向变形分为四个不同阶段,分别为隆起、快速沉降、缓慢沉降和最后稳定阶段;单线隧道施工地表变形可用Peck公式描述,拟合得到Vl值平均为1.856%,K值平均为0.423,整体呈现单峰状;双线隧道施工地表变形呈不对称双峰状,这是因为后建隧道的施工增加了地表最大沉降值以及沉降槽宽度,进而改变了沉降槽的形状;双线隧道施工地表变形可用双Peck公式进行描述,K值与隧道数量、施工历史情况无明显关联,Vl值与施工方法、质量控制及双线隧道施工顺序有关。研究结果可为类似工程提供指导及参考。     

隧道基坑开挖对邻近建筑物影响分析

基坑的开挖对邻近建筑物会产生较大的影响,引发建筑物沉降、结构变形等问题,威胁建筑物的安全。为研究盾构隧道基坑开挖对邻近建筑物的影响,以某隧道明挖段及盾构井基坑开挖为背景,通过数值模拟的方法分析了基坑开挖引发邻近建筑物的位移变化。结果表明：基坑开挖完成后,建筑物最大沉降值在远离基坑一侧,靠近基坑一侧发生隆起;建筑物桩基向基坑一侧发生位移,楼顶有向远离基坑方向的位移。建筑物总体位移值较小,无倾覆风险,验证了基坑开挖方案的安全可靠。     

复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力预测分析

为揭示复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力,文章基于Покровский当层法,将该问题等效为求解均质地层位移及应力分布问题,结合Loganathan修正公式,推导了复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移、应变和应力分量表达式,构建了地层位移场分布预测模型。同时基于理论预测模型,对比分析了工程实例的预测位移与实测数据的差别,讨论了上下层土体弹性模量比n、地层深度z和土体泊松比μ对隧道开挖的影响;在分析含软弱夹层隧道开挖问题时,提出了软弱夹层等效厚度K的概念。研究结果表明:随着n的增加,地表最大沉降值Smax、地表附加水平应力σx和竖向应力σz的最大值均有所减小;随着z的增加,地层最大沉降值有所增大;随着μ的增加,Smax有所减小,地表附加水平拉应力σx和竖向应力σz的最大值有所增加;当软弱夹层等效厚度K增加,Smax有所增加;隧道施工时,上硬下软地层产生位移及应力扩散现象,上软下硬地层产生位移及应力集中现象。     

富水砂卵石地层中盾构隧道交叉重叠换边施工关键技术

在富水砂卵石地层中,盾构隧道交叉重叠换边施工尚属首次,为解决盾构掘进通过后地表不发生较大沉降、不对道路及管线造成破坏,在工程实施过程中采取了盾构掘进控制、地表注浆加固、洞内顶管注浆加固及施工监测指导施工的信息化施工技术,实践证明是比较成功的.     

卵石地层地铁隧道近接施工位移特征研究

以北京地铁9号线某区间隧道近接既有铁路桥梁施工为背景,文章基于Hardening-soiJ本构模型采用三维数值计算与现场实测结果相对比的方式,研究卵石地层地铁隧道近接既有铁路桥施工的位移特征。研究得出的结论为:(1)卵石地层岩体较为松散,胶结性较差,围岩稳定性较低,可引入Hardening-soil模型模拟其应力-应变关系;(2)区间隧道开挖引发的竖向位移主要集中在隧道拱顶部位,并随着向地层深部的发展逐渐衰减;(3)地铁区间隧道施工引发的地表沉降可认为是两条单洞隧道地表沉降曲线的叠加,现场实测与数值计算得出的规律一致;(4)既有铁路桥结构最大位移值小于《铁路线路修理规则》的容许位移,现有开挖方式和支护参数满足既有结构安全运营条件;(5)地铁区间隧道开挖引发的地层、既有桥梁结构水平位移整体较小;(6)区间隧道开挖引起的土体扰动主要集中在隧道洞周5.4 m范围内。     

引入地层特征值M_S对盾构隧道施工引起的地面沉降规律的初步研究

文章以北京地铁某盾构区间隧道为研究对象,通过分析地表沉降监测数据,提出了以改进双曲线模型拟合地面沉降规律、用特征值M_S评价盾构施工条件下地层情况的方法,并研究了地层参数与地表沉降之间的关系。结果表明:盾构隧道施工引起的地表沉降规律符合双曲线分布特征,且在30 d时基本稳定;M_S值越大,地层条件越好,地面沉降越小;改进双曲模型参量与地层特征值M_S存在一定规律性。该研究成果对盾构施工中的地表沉降变形预测具有一定的参考价值。     

盾构隧道掘进时地层参数变化对地表沉降的敏感性研究

在盾构隧道施工中,地层参数的变化对地表沉降影响较大。文章依托上海北横通道工程,利用三维数值分析方法,总结了粘聚力、内摩擦角和压缩模量等地层参数变化对地表沉降的影响规律,并基于参数敏感性分析理论,得到了各地层参数对地表沉降的敏感度。研究结果表明:对于不同埋深的盾构隧道,粘聚力、内摩擦角以及压缩模量的增加都会明显减小地表沉降;地层参数中,粘聚力对地表沉降的敏感性最低,地层的压缩模量对地表沉降的敏感性最高。