富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

基于地表位移控制的浅埋盾构管片壁后注浆压力确定方法北大核心

采用考虑卸载模量的硬化土小应变模型,模拟分析了不同埋深盾构隧道施工时地表竖向位移随管片壁后注浆压力的变化规律,并从盾构施工微扰动控制角度探讨了壁后注浆压力的确定方法。结果表明:随壁后注浆压力增大,不同埋深下地表竖向位移均可分为沉降敏感阶段、稳定阶段和隆起敏感阶段;壁后注浆压力应在隧道顶部上覆土自重应力的基础上进一步增大,以顶起上覆土,弥补超挖引起的地表沉降;当地层损失补偿率与地层损失率接近时,可达到盾构施工微扰动控制要求,据此提出一种综合考虑地表竖向位移、地层损失率、地层损失补偿率的壁后注浆压力范围确定方法。     

小净距浅埋暗挖隧道下穿密集房屋安全性分析

研究目的:受城市复杂环境的影响,城市隧道的修建有时不可避免地要下穿房屋。为了达到减少房屋拆迁的目的,本文通过城市小净距软岩浅埋暗挖隧道的数值模拟,研究隧道下穿密集房屋施工过程中不同的施工方案所引起地表沉降量及洞顶建筑物沉降规律,进一步分析洞顶建筑物的安全性。研究结论:(1)隧道施工引起地表沉降的程度主要取决于地质条件、隧道埋深、开挖跨度及施工方法等因素,其中施工方法的影响最为明显;(2)根据数值模拟计算及地表建筑物的实测结果,小净距浅埋暗挖隧道下穿房屋采用CD法施工+超前小导管注浆加固岩体,可以有效地控制地表沉降,保护地表建筑物的安全;(3)本研究成果主要应用在城市隧道工程领域,对今后类似工程的设计、施工具有借鉴意义。     

地铁盾构隧道同步注浆地表沉降控制效果影响因素的现场试验研究

地铁盾构隧道施工中采用同步注浆来抑制地层损失引起的地层沉降.以苏州轨道交通1号线为工程背景,选择地层特性、埋深等外部条件相似的3个试验段,分别研究同步注浆量、注浆压力和注浆材料等因素对地表沉降产生的影响,提出适用于苏州地区的盾构同步注浆参数及地层沉降控制措施.研究表明:建议注浆量采用3.5 m3/环,注浆量超过3.5 m3/环时,地表沉降控制效果不再明显;地表沉降受注浆压力波动影响较大,建议注浆压力保持在0.35～0.40 MPa范围内,不宜超过0.40 MPa,注浆压力过大会导致劈裂、跑浆,不利于沉降控制;可硬性浆液对地表沉降的控制效果比惰性浆液要好.     

平行盾构隧道施工地表变位影响因素研究

研究目的:探明平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位分布变化规律,及各制约因素(如围岩条件、隧道埋深、隧道净距、顶推力等)的差异对地表沉隆变位量的影响。研究方法:以西安地铁二号线尤家庄至南康村区间盾构隧道研究对象,引入荷载释放系数和等效刚度系数,采用三维有限元法对平行盾构隧道施工引起地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线分布及变化规律进行了研究。研究结果:揭示了围岩条件、隧道埋深、顶推力、隧道净距等因素差异对平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位的影响,运用三维曲线探讨得出平行盾构隧道施工过程中的地表沉隆变位曲线空间分布变化规律。研究结论:围岩条件恶化、隧道埋深降低、顶推力加大、净距减小等都将导致平行盾构隧道施工引起地表沉隆变位量的增大,建议工程施工中采取调整顶推力、适当增大隧道净距等措施以降低平行盾构隧道施工对地表环境的影响。     

新建铁路隧道下穿既有铁路施工引起的地表沉降控制标准研究

新建铁路隧道下穿既有铁路施工时引起地表沉降,这时对既有铁路运营安全的影响主要受控于轨道的前后高低差.采用ANSYS二维有限元方法,对新建铁路隧道下穿既有铁路工程建立数学模型,模拟计算不同最大等效应力、地质条件、隧道埋深、隧道结构形式等96种工况下的地表沉降量.并利用Peck公式回归分析得到96种工况下的沉降槽宽度系数.对模拟结果和回归结果进行数据分析,推导出沉降槽宽度系数与隧道埋深的关系式,以及地表最大沉降最与地层弹性模量、最大等效应力、隧道埋深的关系式.在此基础上,根据地表沉降曲线的正态分布规律、沉降槽宽度系数的数学意义和轨道的前后高低差管理值,推导得到新建铁路隧道下穿各等级既有铁路时的地表沉降控制标准.     

基于改进GAP模型盾构隧道开挖诱发地表沉降规律研究

基于Rowe提出的GAP模型,考虑管片背后注浆对隧道开挖收敛模式的影响,对该模型进行了改进,通过自行编写Fish语言在FLAC2D软件中实现了该模型。利用改进后的模型研究了盾构隧道开挖引起地表沉降规律。结果表明:当隧道埋深较浅时,沉降槽窄而深,反之,沉降槽宽而浅;当隧道埋深小于临界值时,隧道埋深和地表最大沉降值近似线形关系;当隧道埋深大于临界值时,逐渐变成平缓的曲线;随着埋深的增加,地表沉降坡度逐渐减小,最终趋于零。评价隧道开挖对临近建筑物影响时,采用地表最大沉降值和沉降曲率两个参数作为控制标准更为合理。     

隧道施工地层扰动特性分析

研究目的:地铁修建过程中面临大量穿越或临近建(构)筑物的情况,为确保施工安全,应把握施工引起的地层变形规律。本文利用三维非线性有限元模型和相关解析理论,展开对隧道施工后在不同埋深和不同施工控制水平下地层变形规律的研究。研究结论:(1)隧道施工影响半径受埋深和施工控制水平的双重影响;(2)施工影响范围随拱顶沉降的增大而增大,当拱顶沉降增大到一定值后,影响半径达到最大值,此时地层发生剪切破坏;(3)在粉土和粉砂土为代表的典型复合地层中,地表沉降与拱顶沉降的关系、影响半径和拱顶沉降的关系、影响半径与地表沉降的关系分别可用考虑埋深影响的线性函数、二次函数、幂指数函数公式表示;(4)地表沉降斜率与地表最大沉降量的关系可用幂指数函数形式表示,埋深越大,地表沉降斜率越小;(5)本研究成果可应用于地铁穿越工程。     

考虑水-土耦合的盾构隧道地表沉降试验研究

考虑水-土耦合情况,进行不同隧道埋深、支护压力和掘进速度条件下盾构隧道施工致地表沉降的大型三维物理模型试验,总结不同条件下的地表沉降规律,分析孔隙水压力和围岩压力的变化特性,归纳不同条件下的地表沉降曲线;探讨隧道埋深、支护压力和掘进速度以及孔隙水压力对地表沉降值的影响,推导地表横断面沉降槽计算的经验公式,并将研究成果应用于北京地铁10号线部分区间的地表沉降预测.结果表明:随着隧道埋深增加,地表沉降值减小,地表横向沉降槽影响范围加宽;沉降值随支护超压比增加而增大;掘进速度变化对地表沉降的影响程度较小;施工扰动围岩及孔隙水压力消敞对地表沉降值有较大影响;基于物理模型试验的经验公式预测值与FLAC~(3D)数值模拟预测值、现场实测值均较为吻合.     

盾构隧道施工地表沉隆变位影响因素研究

研究目的:探明盾构隧道施工中各制约因素取值差异对地表沉隆变位分布规律的影响。研究方法:本文以某拟建地铁城市区间盾构隧道试验段为研究对象,引入荷载释放系数和纵向等效刚度系数,采用三维有限元法对盾构隧道施工引起的地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线进行了研究。研究结果:揭示了围岩条件、隧道埋深和顶推力等因素变化对盾构隧道施工引起地表沉隆变位的影响,运用三维曲线探讨了盾构隧道施工过程中的地表沉隆变位曲线空间分布变化规律。研究结论:围岩条件恶化、隧道埋深减小和顶推力增大都将导致施工引起地表沉隆变位影响的加剧,建议工程施工中采取调整顶推力等措施以降低施工对地表环境的影响。     

地铁隧道下穿既有铁路基础变形控制标准研究

地铁隧道下穿既有铁路施工时,线路基础变形会引起轨道几何尺寸发生变化,从而影响运营安全。首先,基于地铁隧道下穿既有有砟轨道线路路基的工程实际,建立有限元模型对地铁隧道下穿既有铁路变形规律进行分析。然后,以既有线路的轨道高低容许偏差管理值为依据,制定不同速度等级、不同埋深条件下铁路基础变形的控制标准和下穿施工时的沉降速率控制标准,为类似工程沉降控制标准的制定和施工安全管理提供参考。     

岩溶地区某浅埋箱型隧道沉降成因及控制

研究目的:岩溶地区侧方基坑桩基施工及土方开挖过程中,浅埋明挖箱型地铁隧道结构出现突发沉降,尤其是变形缝部位沉降显著,本文通过箱型地铁隧道沿线及变形缝两侧的位移监测数据,分析隧道结构突发沉降产生的原因,并研究了浅层回灌水、深层回灌水和注浆加固等沉降控制措施的效果。研究结论:(1)支护桩施工诱发浅埋箱型隧道最大累计沉降为3. 3 mm,应重视其在岩溶地区的施工影响;(2)嵌岩工程桩施工揭露溶洞,承压岩溶水突涌桩孔,是侧方浅埋箱型地铁隧道结构突发沉降的主要原因;(3)浅层回灌水可短时间内使地层补水,抬升隧道,抑制隧道急剧沉降;长期实施深层回灌、桩基泥浆护壁施工,可维持地下水位,控制侧方隧道沉降,但存在深层回灌水可能通过岩溶裂隙或通道进入溶洞,降低回灌水补充效率的问题;(4)"双排桩+对拉钢绞线+对称开挖"有效控制隧道的最大水平位移为3. 0 mm;(5)箱型地铁隧道周围进行垂直和斜向钻孔注浆可起到加固和止水的效果,考虑到变形缝的敏感性,应实时控制注浆压力;(6)该研究成果可供类似岩溶地区浅埋箱型地铁隧道侧方基坑工程参考。     

软土地区盾构隧道下穿铁路干线引起的线路沉降规律分析

软土地区盾构隧道下穿铁路干线引起的上方铁路线路沉降规律与一般情况下盾构推进引起的地面沉降规律有较大的不同。基于某地铁隧道工程实例,对隧道下穿铁路的施工期及其后续阶段的线路沉降进行观测。根据观测数据,从沉降发展的时间历程、施工各阶段沉降量所占比例和地面沉降槽的特征3个方面进行了分析研究。结果表明:此类工程的地表沉降规律特点主要是后续沉降量在总沉降量中所占比例相当大,并且其沉降达到稳定需要的时间远比通常情况要长,最终沉降量的大小几乎完全由后续沉降决定;此外,其沉降变形槽的深度和广度也更大,而且后推进的隧道上方沉降尤为显著。     

乌鞘岭隧道整体道床病害原因分析及处理

为了彻底整治乌鞘岭隧道整体道床病害,借助雷达监测、钻孔取芯等辅助措施对病害产生的原因进行分析,并借鉴国内部分隧道采用压注聚氨酯材料抬升整体道床的成功经验对病害进行整治,取得成功。实践证明,聚氨酯注浆抬升整体道床是处理隧道道床沉降的一种简洁高效方法。     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

软弱砂层下的地铁隧道穿越建筑物的加固技术及注浆控制效果分析

地铁隧道在富水软弱砂层下穿越建筑物时,容易引起开挖面涌水突泥、围岩滑塌失稳以及建筑物不均匀沉陷等工程灾害。以青岛地铁枣李区间隧道软弱砂层带下穿建筑物工程为例,提出了全断面超前帷幕注浆、初支背后径向注浆及洞内补偿注浆联合加固技术。通过数值计算考虑注浆膨胀作用,分析了隧道下穿施工过程的地表变形及建筑物稳定性特性。研究表明:隧道在软弱砂层中采用全断面超前帷幕注浆会引起地表隆起现象,双线隧道地表呈现M型隆起变形,后开挖隧道变形值较大;地表建筑物在注浆膨胀作用下表现出正曲率变形,后开挖隧道正上方建筑基础最易发生破坏;穿越富水软弱砂层时不能一味提升注浆压力来提高地层刚度,应与现场监测结合进行施工控制。     

基于应力释放的大直径盾构隧道地表沉降分析

在城市环境及复杂地质条件下修建盾构隧道极易出现地面沉降塌陷,盾构隧道开挖引起的地表沉降分析与控制尤为重要。为了探究大直径盾构隧道地表沉降规律,以京张高铁清华园大直径盾构隧道为工程背景,基于应力释放及地层损失理论,首先运用有限差分软件建立二维模型,得到盾构掘进开挖的应力释放率;然后基于此建立三维数值模型,通过Peck公式反算得到清华园隧道盾构掘进引起的地层损失率,通过4种不同工况的模拟,对比分析不同掌子面释放系数、盾构机反力释放系数及脱空层模量缩放系数情况下的盾构隧道地表沉降规律,得到盾构施工现场导致的地层应力释放系数为0.12～0.14,相应的地层损失率为0.40%～0.47%;隧道轴线两侧20 m(1.6D)范围内为显著影响区,地表沉降主要发生在盾构通过这个阶段,约占总沉降量的50%。     

盾构下穿引起的既有线路轨道变形与列车运营作用研究

地铁盾构下穿既有高铁线路施工时会对既有地基产生扰动,引起地层不同程度的沉降、路基下沉、轨道结构变形等病害,不仅对隧道和周边环境的安全产生不利影响,严重的会造成既有铁路破坏,影响线路的正常运营,给乘客带来安全隐患。利用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路基-下穿隧道有限元模型分析了盾构施工对既有线路轨道结构的影响,并结合高速铁路结构间的相互作用关系,基于车辆-轨道耦合动力学理论对盾构下穿引起的线路变形、轨道结构层间离缝与列车运行相互作用进行了分析。     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。     

地铁隧道通过浅覆土砂卵石地层段开挖面失稳盾构机脱困技术

以长沙地铁二号线盾构机过某砂卵石地层段时开挖面失稳,出现地表塌陷为实例,针对埋深较浅、砂卵石层较厚的地质特点,采取地表注浆加固与盾构机内部处理相结合的方法,较好地起到了固岩、堵水、减少扰动的作用。同时,运用监控量测的手段,及时优化施工,使隧道通过坍陷地段,盾构机成功地从砂卵石地层中脱困。