基于CDEM的砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

为探究砂卵石地层中盾构开挖工作面失稳现象的机理,采用CDEM （continuum-based discrete element method）可变形块体离散元方法,建立准连续介质模型,对砂卵石土三轴压缩试验开展数值模拟,以分析其细观力学特性;基于“颗粒流动”、“土拱效应”、“超挖出土”等特点,通过平面三角块体离散元建立模拟砂卵石地层盾构开挖面超挖出土的二维动态离散元模型,研究土拱效应、空洞区发展等开挖面失稳的渐进演化机制. 研究结果表明:砂卵石土三轴压缩试验宏观应力应变曲线可分为线弹性阶段、弹塑性阶段、理想塑性阶段;卵石作为粗粒相颗粒存在骨架增强作用,砂卵石接触界面对宏观强度具有弱化作用;通过以土拱效应为标定准则的Hopper Flow标定试验可有效得到不同尺度平面三角形离散单元摩擦角的转换关系;土拱效应显著存在于开挖面前方并随着开挖面超挖出土渐进发展,达到极限状态后逐渐破坏消散;空洞区始于螺旋输送机底部,随超挖出土逐步向上方和前方扩展,最终在击穿承载土拱后到达地表,形成“水滴状”空洞区;从不同角度提出了三类超挖量的控制标准.      

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.     

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.     

饱和砂层泥水平衡盾构隧道开挖面稳定研究

饱和砂层盾构隧道掘进过程中,不当的开挖面支护可能导致开挖面坍塌或挤出破坏.为保证开挖面稳定,压力泥浆通常用来平衡开挖面上的土压力和水压力.因为压力仓中的泥浆压力大于地层中的静水压力,泥浆会向开挖面周围地层入渗.在这种情况下,部分有效支护力转化为超孔隙水压力,导致开挖面上的有效支护压力减小,从而降低开挖面的稳定性.因此,设计支护压力时必须考虑泥浆入渗作用和超孔隙水压力的影响.另外,地层成层情况也会影响开挖面稳定性.结合饱和砂层盾构掘进引起的超孔隙水压力计算模型和室内泥浆入渗试验结果,分析泥浆入渗和超孔隙水压力对开挖面稳定的影响,并讨论地层的分层情况和开挖面水力梯度对开挖面微观稳定的影响.研究结果表明:在设计支护压力必须附加额外压力以弥补泥浆入渗过程中有效支护压力的损失;通过对比均质承压水层和半封闭承压含水层中开挖面上的水力梯度发现,相较均质承压含水层而言,盾构隧道在半封闭承压含水层中掘进时开挖面更加稳定;在没有泥浆支护的情况下,开挖面上的水力梯度很难维持开挖面上土颗粒的稳定,因此建议压力泥浆用于饱和砂层盾构隧道开挖面支护.     

大直径盾构隧道开挖面失稳极限平衡分析

近年来大直径隧道在国内外得到越来越多的应用,随之带来的开挖面稳定性问题也受到越来越多的关注,其关键是开挖面支护压力的大小。通过对三维楔形体模型进行修正并采用极限平衡分析方法,推导出适于大直径盾构隧道开挖面局部稳定性问题的理论计算公式。通过对理论公式的分析,存在楔形体最优破坏角及开挖面极限支护压力,分析了楔形体最优破坏角与局部失稳率、土体内摩擦角和隧道覆土厚度的关系,以及开挖面极限支护压力与土体内摩擦角和隧道覆土厚度的关系。     

千枚岩隧道施工变形与稳定性分析

以某高速公路千枚岩隧道为研究对象,采用数值模拟分析和现场监测两种方法研究了千枚岩隧道施工过程中初期支护的变形规律和二次衬砌的受力状态,并与现场实测数据进行对比分析。在开挖过程中隧道衬砌支护结构变形量大,完工后逐步趋于稳定;二次衬砌主要承受压应力,局部承受拉应力,但均小于极限应力值,衬砌结构稳定,相关研究结论对指导类似隧道施工具有工程实践意义。     

基于欧洲规范体系下的EPB盾构隧道掌子面稳定性分析与研究

立足于以色列Red Line Project工程实际,以常年驻海外岩土-结构设计的工作经验为支撑,分析总结了暗挖盾构隧道掘进过程中,欧洲规范体系下掌子面稳定性分析的设计理念与设计流程;采用国际普遍认可的分析理论,对EPB盾构隧道推进过程中,所需的各项工程参数(包括掌子面支承压强、注浆压强、压缩空气压强等)进行了适宜的分析与计算,为盾构掘进过程中的稳定性评定提供了强有力的依据,实现了盾构隧道掘进的全信息化监控,而不再局限于盾构操纵人员的个人经验;针对多层地质以及混合掌子面条件下的稳定性分析,给出了适宜的解决方案,以满足实际工程复杂地质的要求;采用Plaxis 3D岩土有限元分析软件,对不同的掌子面支承压界限值下所引起的地面沉降/隆起进行了数值分析,结果显示:各项界限压力值下所引起的地面沉降/隆起以及地层体积损失率均符合欧洲规范要求,所采用的分析理论与计算方法正确适用,对海外设计工作者具有一定的指导意义。     

软土地基路堤稳定性分析与计算研究

为解决在路堤填筑施工工程中,出现失稳破坏,为了提高路堤稳定安全系数的计算精度,对条分法、固结有效应力法进行分析总结,认为运用固结有效应力法计算安全系数较为符合实际情况。现将研究过程与成果提供给同行参考。     

隧道围岩量测数据处理与稳定性分析

本文并采用MATLAB工程计算软件对火烧沟隧道围岩量测数据进行了实例处理与分析,为今后类似隧道工程施工提供依据。     

隧道支护体应力监测与稳定性分析

监控量测是隧道新奥法设计与施工中必不可少的环节。结合重庆某隧道施工支护体受力和应力监测的工程实践,分析测试结果和变化规律,阐述大跨度地下空间支护结构的开挖、量测方法及测试手段,并确定支护体的稳定性,其结果指导了该工程的信息化施工。     

隧道围岩稳定性分析和衬砌技术分析

对公路隧道围岩稳定性和衬砌技术以及存在的问题进行了具体的分析。     

特长软岩公路隧道结构设计与稳定性分析

介绍了特长软岩公路篮家岩隧道结构设计过程,借助于有限元数值模拟方法,采用梁一弹簧模型模拟衬砌结构,进行了隧道结构的力学特性分析,通过对其二次衬砌进行受力计算及稳定性分析,阐述软岩隧道段设计思路及支护手段,验证可支护参数的合理性及可靠性。     

回填土区浅埋盾构隧道开挖地层响应分析

为分析回填土地层中浅埋盾构隧道的土舱压力设置对地层变形的影响问题,根据重庆轨道交通五号线北延伸段工程区间隧道施工过程建立盾构施工数值模型,设置监测断面,对不同开挖阶段和不同土舱压力下的地层变形情况和沉降曲线进行了提取和分析。研究结果表明：在依托工程条件下,盾构隧道掘进施工过程中引起的地表沉降槽幅宽在3倍洞径左右,土舱压力取值为0.125MPa左右时对地层变形的影响最小。     

公路隧道穿越采空区稳定性分析与处治技术研究

高速公路隧道穿过采空区时,隧道与地下采空区围岩稳定性必然产生相互影响。结合某隧道工程施工,采用有限元程序对采空区和隧道稳定性的相互影响问题进行了分析。结果表明,新建隧道施工对采空区顶板局部应力分布有较大影响,但对整个采空区顶板的稳定性影响不大。通过应力安全系数的计算分析,得到确保隧道和采空区稳定性的最小安全距离应大于20 m。     

公路隧道围岩稳定性分析和衬砌技术现状综述

我国公路隧道建设迅速发展,是世界上公路隧道最多的国家。江苏省近年来在高速公路建设中也相继开始建设南京老山隧道、镇江茅山隧道等。本文对国内外目前公路隧道围岩稳定性分析理论和衬砌技术、防排水技术进行了总结分析,指出了存在问题和发展方向,可供同行参考。     

地铁盾构隧道下穿城市公园地基加固宽度分析

为改变居住环境和生态环境,往往公园等大型公共用地的规划是动态变化的,例如公园内假山等景观的建造或拆除。对于地铁盾构隧道下穿该区域来说,运营阶段上覆荷载的改变,会使得结构横断面变形过大。后续的建设规划同地铁盾构隧道结构安全性之间存在矛盾。为解决这一矛盾,需要在地铁盾构隧道建设期进行地基加固。通过工程调研,分析了上海地铁盾构隧道在上覆荷载发生变化时,横断面变形现状;采用ABAQUS三维有限元,选取某典型软土地区深厚淤泥质土层断面,研究了盾构隧道下穿公园区域内假山建造和穿越土层性质对地基加固宽度的影响。结果表明:地基加固需分段考虑且山体高度不能超过3.5 m。隧道全断面穿越淤泥土层,山体高度小于3.5 m时,拱腰两侧加固3 m较为合适;穿越淤泥质粉细砂层,该宽度可减小至1 m;穿越粉质黏土层,拱腰两侧可无加固宽度。     

三洞并行盾构隧道开挖引起的地表沉降研究

针对三洞隧道开挖引起的地表沉降规律,以南通轨道交通1号线孩-环区间盾构隧道工程为依托工程,采用现场数据监测、理论分析和数值模拟,研究了三洞并行盾构隧道施工对地表沉降规律的影响。研究结果表明：提出一种计算三洞并行隧道开挖地表沉降曲线的“三阶段分析法”,综合比较“三阶段分析法”得到的沉降预测曲线、现场沉降实测数据的拟合曲线及数值模拟的沉降计算曲线可知,提出的“三阶段分析法”和数值模拟方法均能较好地反映三洞并行盾构隧道的真实施工情况。     

基坑开挖对盾构隧道影响的三维数值分析

当开挖基坑位于隧道附近,由于基坑开挖导致影响范围内的土体应力释放,打破了土体原有的应力平衡,致使基坑底部隆起,进而使基坑开挖范围内的土体发生位移,从而带动周围隧道产生移动。以武汉地铁7号线北延工程天阳路站至腾龙大道站区间风井基坑为例,采用三维有限元数值模拟的方法,模拟了基坑开挖引起的盾构隧道变形和内力的变化,分析得出了采取分段分区施工方案能够明显改善基坑开挖引起的盾构管片的水平、竖向位移以及内力变化,结合现场实际穿越过程中的监测数据,与数值模拟结果基本一致,说明施工方案合理可行。     

盾构隧道易液化地基的抗液化措施研究

针对饮和粉细沙层中看构隧道的地基液化问题,通过室内实验及理论计算得到如下结论：改变隧道埋深、对洞周土压密或对洞周土注入７％～１０％的４２５＃普通硅酸盐水泥等,即可达到消除隧道底部、减小隧道顶部液化区的目的。