盾构隧道同步注浆对管片上浮的影响分析北大核心

为分析广州地铁18号线沙西站—石榴岗站区间隧道同步注浆对盾尾管片上浮与受力的影响,建立考虑围岩随机裂隙分布的流固耦合数值模型。基于牛顿流体与宾厄姆流体推导管片壁后注浆压力分布解析解,通过将数值模拟获得的注浆压力与解析解对比,验证数值模型的适用性,并分析同步注浆作用下围岩和隧道结构的变形及应力特征。结果表明:所建的数值模型能较好地模拟同步注浆压力的分布;注浆对地层的初始位移场影响较大,导致整个隧道周围地层均表现为隆起;管片内外轮廓线的Mises应力与压应力差异较大,且分布形式正好相反。     

基于弹性地基梁的盾构隧道纵向上浮分析

盾构隧道施工中刚脱离盾尾的管片经常会出现局部或整体上浮。盾构隧道施工期管片上浮的原因有上浮力作用、纵向偏心荷载作用、切口水压作用、上覆土的反向压缩效应以及地基卸载效应等,重点分析上浮力对施工期管片上浮的影响。将上浮力分为静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机理,给出计算式。以一隧道工程为例,根据纵向等效连续化模型将其简化为一纵向梁,基于弹性地基梁理论将上覆土的抗浮效应简化为地基弹簧,在求得其纵向等效抗弯刚度、静态上浮力、动态上浮力以及上覆土地基弹簧参数后,运用同济曙光软件,计算得到100 m长管片在静、动态上浮力作用下的上浮量为4-15 cm。该计算值与实测结果比较吻合,表明弹性地基梁方法可以分析盾构隧道的纵向上浮。     

下伏溶洞对穿越上砂下黏地层隧道管片受力的影响分析

以武汉地铁六号线Ⅱ标段前进村站—马鹦路站区间隧道为工程背景,针对其上砂下黏且溶洞发育地层,运用有限差分软件FLAC 3D 5.0建立三维数值分析模型,考虑流固耦合效应,研究下伏溶洞对穿越上砂下黏地层盾构隧道管片受力的影响。结果表明:溶洞的存在造成了应力重分布,改变了管片内力的分布;随着溶洞顶与基岩面的距离、溶洞直径和溶洞充填率的增大,管片最大内力出现的位置逐渐向拱底移动;溶洞直径增至12.0 m时,隧道左侧拱腰管片出现最大剪力,此时管片结构可能已经破坏;溶洞充填率增至1.0时,隧道管片剪力和弯矩大幅增长。     

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。     

高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结研究

采用Laplace变换和传递矩阵法推导高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结变形的解析解,通过与ABAQUS数值计算结果对比验证解析解的正确性。利用解析解对某高速铁路沿线成层弱透水层的固结性状进行研究,计算地下水位动态变化下土层的固结变形量、变形速率和超静孔隙水压力随时间的变化,并分析土层压缩模量和渗透系数对土层固结变形的影响。研究结果表明:随着地下水位降低,土层中孔隙水压力逐渐降低,土层固结变形量和变形速率逐渐增加;当地下水位保持稳定后,土层固结变形速率逐渐降低,但土层仍持续较长时间的固结过程;土层压缩模量越大,土层系统总沉降量和沉降速率越小;土层渗透系数越大,土层总沉降量越大,水位稳定后土层系统完成固结的时间越短。     

地表均布超载作用下软土地区既有盾构隧道周围附加土压力与变形计算方法

在地表均布超载导致既有盾构隧道对周围土体的相对挤压量计算方法的基础上,根据隧道变形与其周围土压力、土体压缩变形的关系,提出既有盾构隧道附加土压力与隧道变形的解析计算方法。该计算方法不仅考虑隧道穿越土层、上覆土层、下卧土层的物理力学性能,而且考虑盾构隧道的横断面变形刚度。通过工程案例对提出的计算方法进行验证性分析。结果表明:从隧道椭圆度来看,解析计算结果与现场实测结果吻合较好;从隧道周围附加土压力以及隧道上覆土层中的附加竖向土压力来看,提出的附加土压力与隧道变形的解析计算方法可行,计算过程简化合理。对比分析是否考虑竖向相对挤压对应的2种隧道周围附加土压力模式表明,考虑竖向相对挤压附加土压力模式时的隧道变形更大。     

深厚软土地区盾构管片上浮特性数值分析

深厚软土地区盾构管片上浮是较为普遍的现象,对盾构过程和周围环境安全影响较大。结合福州某地铁盾构工程,考虑地层损失和软土扰动影响,建立了深厚软土地区盾构过程中管片上浮的数值模拟方法,并利用实测数据对该模型进行验证。利用已验证的数值模拟方法分析了同步等效注浆压力、注浆量、浆液压缩模量、土仓压力和隧道埋深等对盾构参数对管片上浮量和上浮规律的影响,并建立了管片上浮量的经验计算公式。研究表明数值模拟结果与实测值吻合度较高,能够较真实反映盾构管片的上浮特性;随着注浆压力、土仓压力、注浆量、浆液模量的增大,管片上浮量增大;随着埋深的增加,管片上浮量降低。     

深埋不同水头条件下TBM管片结构力学特性与结构设计

通过使用ANSYS梁-弹簧模型,结合某大直径深埋TBM公路隧道管片设计,对不同高度水头下管片结构力学特性进行分析。得到随着水头高度的增加,管片结构的力学特性主要分为4个阶段。第一阶段为拱顶受拉控制。水头高度为0~1D,安全系数逐渐减小;第二阶段仍然为拱顶受拉控制。水头高度为1D~2D,安全系数逐渐增加;第三个阶段为拱顶受拉转变为拱脚受压控制。水头高度为2D~4D,安全系数逐渐减小;第四阶段属于管片环拱腰位置受压控制。水头高度大于4D,安全系数继续减小直到管片破坏。通过研究管片厚度、混凝土强度等级、配筋量3个设计因素对管片水头承载能力的影响,提出不同水头高度条件下的分段设计方法:管片处于第一和第二阶段时,增加管片配筋量和管片厚度能显著提高结构安全性;管片处于第三和第四阶段时,提高管片厚度和混凝土强度等级能显著提高管片安全系数和最终的水头承载能力。     

杭州地铁越江盾构隧道冲刷线下覆土厚度的确定

杭州地铁1号线滨江站—富春路站区间盾构施工隧道穿越钱塘江,介绍该区间的纵断面设计在多个设计阶段进行调整的过程,阐述冲刷线下盾构隧道的覆土厚度确定的多种因素,除了要满足抗浮的要求,还需要满足纵向计算中接头张开量的要求,同时还需要注意避开导致较大工程风险的卵石层、下部岩层等较硬土层。介绍越江盾构隧道的冲刷线下覆土厚度情况,以及如何确定越江盾构隧道的冲刷线下的覆土厚度。说明越江盾构隧道的冲刷线下覆土厚度的确定是隧道设计的关键技术,需要综合考虑多个条件,确定合理的纵断面。     

盾构隧道管片上浮力学特性精细化模拟分析

针对盾构隧道施工阶段的管片上浮问题，计算地层抗力系数和管片横向刚度有效率，建立盾构隧道管片上浮三维荷载-结构计算模型，分析上浮荷载作用下管片结构与接头螺栓的力学特性。结果表明：考虑注浆压力时管片均出现上浮，最大上浮量出现于盾尾第6环管片处；管片顶底部和左右两侧的Mises应力均先增大后减小，在上浮荷载作用下管片环呈上下挤压状态；盾尾第6环管片的上浮位移和应力较大，管片左右两侧螺栓的剪应力大于管片顶底部。     

下枕膨胀地层大直径泥水盾构隧道注浆层的作用

采用FLAC 3D软件建立盾构穿越南宁地区膨胀性泥岩地层有限元分析模型,研究地层膨胀性能、膨胀地层厚度、注浆层厚度对管片结构受力和缓解周围地层变形的影响规律。结果表明：注浆层可有效缓解隧道周围土体的变形,减小隧道施工时的地表沉降。增大注浆层厚度有利于削弱管片结构外侧荷载,减小地层膨胀作用产生的额外荷载。随着地层膨胀性增强、膨胀地层厚度增大,膨胀地层膨胀作用产生的土体位移增大,管片受到附加荷载增大。施工时可采取适当增加注浆量的方式减小膨胀地层对隧道的影响。     

浅覆大直径越江盾构隧道施工阶段管片上浮分析及控制措施研究

大直径越江跨海盾构隧道修建过程中,普遍会发生上浮现象,且往往伴随着管片破损、错台,直接影响隧道施工安全。本文依托长沙南湖路湘江隧道工程,结合现场施工情况和监测数据,对浅覆大直径盾构隧道施工阶段管片上浮原因进行了分析。基于监测结果,从改善上覆土特性、同步注浆优化、控制掘进参数、管片上浮处理等方面提出了有针对性的上浮控制措施,并在后续盾构掘进施工过程中得到了成功运用,有效控制了管片上浮的发生。     

浅覆土软弱地层中土压平衡盾构机曲线始发技术

以穗莞深城际轨道交通太平隧道盾构施工为例,探讨了土压平衡盾构机浅覆土软弱地层中曲线始发技术措施,对始发过程的管片进行了受力分析与计算,采取在浅覆土段堆土加载方式防止管片上浮,盾构始发过程中,对地表沉降、管片衬砌结构拱顶沉降、拱底隆起等进行监测.实践表明,所采取的措施满足了设计线形的拟合要求,控制了管片的上浮量,可供类似工程施工借鉴.     

富水砂层零覆土地铁车站抗浮技术措施研究

为制定适合富水砂层零覆土地铁车站抗浮、内力及变形改善,且经济性较好的方案,结合零覆土地铁车站工程实例,在围护墙参与车站抗浮的前提下,利用有限元软件对底板下设置抗拔桩、底板设置折线仰拱、顶板设置夹层压载三种方案下的车站抗浮稳定性、内力及变形、工程经济性等进行对比分析。结果表明,各方案均可使车站结构变形及内力得到大幅改善,且有利于车站抗浮,各方案对结构的作用效应分别与抗拔桩桩径、桩长、底板折线仰拱矢高、顶板覆土压载厚度相关;底板下设置抗拔桩方案不利于全包防水层敷设,而折线仰拱、顶板压载方案避免了该问题;设置抗拔桩与底板设置折线仰拱方案经济性较差,而顶板压载法经济性较好,对车站结构内力及变形改善效果与其他两方案基本接近。     

盾构隧道下穿湖底超浅层覆土段施工技术

结合郑州地铁1号线01标盾构机从西三环站至凯旋路站施工情况,介绍了盾构机穿越西流湖的施工方法,其中主要是盾构机穿越西流湖超浅层覆土时的掘进参数控制,防管片上浮技术控制等,以期为今后超浅层覆土盾构技术提供一定的技术支持。     

盾构过运河关键技术研究

通过工程实例介绍盾构机通过运河时所采取的技术手段和应急措施,主要有:在掘进的同时向正面土体注入一定量的泡沫剂改良砂性土体,同步注浆控制地表沉降、隧道渗漏和管片上浮,掘进速度及盾构机姿态的控制,盾尾密封及出土量管理等,可为同类地层条件下盾构施工提供参考.     

地铁盾构施工过程中底部管片的上浮机制研究

为研究地铁盾构隧道施工过程中底部管片的上浮现象,文章按照管片拼装、千斤顶顶推、同步注浆及注浆浆液凝结4个盾构施工阶段对底部管片的上浮进行分阶段理论分析。通过理论分析可得,底部管片的上浮现象属于局部上浮,对底部管片在同步注浆阶段进行力学分析,主要考虑动态上浮力、环间阻力、粘滞阻力和重力之间的相互协同作用,利用分离变量的方法推导出底部管片的上浮量计算公式,并依托深圳地铁13号线某区间的工程实测数据对管片的上浮量进行计算,验证底部管片上浮量计算公式的科学性。研究表明：底部管片的上浮阶段按其发展状况分为上浮量突增阶段、上浮量缓慢增加阶段和上浮量逐渐稳定阶段。通过控制变量的方法对注浆压力、注浆材料水胶比分别对上浮量的影响进行分析,依据分析结果提出科学有效的上浮控制措施,研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计及安全施工提供一定的技术依据。     

地铁工程附属结构暗挖施工地表铺设钢板的选型研究

针对地铁工程附属结构浅埋暗挖施工地表铺设钢板具体参数缺少量化研究的现状,通过现状资料的分析,并以解析计算与数值模拟计算为手段,系统分析钢板厚度、钢板铺设位置、钢板超出开挖轮廓线外宽度、覆土厚度等不同条件下路面车辆静荷载对暗挖附属结构的影响,研究结论:钢板厚度的变化对地层竖向位移场和应力场的分布影响较大,结构拱顶上方地面沉降与钢板厚度基本成反比关系,钢板厚度一般可取为2 cm;随着附属结构覆土厚度的增加,铺设钢板效果逐渐降低,一般在覆土厚度达到6 m时,路面铺设钢板已无必要。     

季冻区深基坑温度场及冻胀变形研究

考虑热对流和热传导作用,结合Laplace变换和Laplace反演推导基坑土体温度场解析解,并采用Matlab编程求解、分析其温度分布规律。依托哈尔滨某越冬施工的深基坑工程实例,采用有限元数值分析方法,分析冻胀对基坑影响及安全措施控制效果。研究结果表明:基坑暴露在低温环境下的时间越长,土体的冻结深度越深,但冻结深度增加速率随时间逐渐变慢;受冻胀影响基坑围护结构裸露段水平位移增加了11.5%～35.7%,且围护结构角隅位置受冻胀影响最大,冻胀对基坑影响不容忽视;较未设置保温层工况,保温层的设置使围护结构水平位移降低了11.6%～22.6%,保温层隔热效果明显。     

类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。