盾构施工触发隧道周围土体位移变化规律的数值模拟分析

基于拟建的哈尔滨松花江隧道 ,采用有限元数值模拟分析技术 ,直接针对隧道施工过程 ,将土体设定为各向同性均质的弹性连续介质体 ,在考虑各种不同工况条件的若干种施工设计模型下 ,研究了因盾构法掘进施工而引起的隧道周围土体位移的变化规律 ,遴选了影响隧道周围土体变形的关键因素 ,为合理确定隧道顶板安全厚度提供一定的理论依据。     

基于统一解的盾构隧道施工引起地下管线竖向位移计算

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法,将计算结果与刘晓强方法计算结果及实测数据进行对比,并分析土质条件、管线轴线埋深、管线材质等因素对管线竖向位移的影响。结果表明:与刘晓强方法相比,基于统一解的能量变分法计算结果与实测值更加吻合;双线盾构隧道施工引起的管线竖向位移在两隧道中轴线两侧呈不对称分布;不同土质条件对管线的竖向位移和沉降槽宽度有较大影响,而不同管线埋深、材质的影响较小。     

复合地层下盾构施工模态系统刀盘荷载及振动特性研究

基于苏埃通道盾构工程和盾构及掘进技术国家重点实验室的盾构施工模态系统的刀盘实体,利用JHC本构模型对岩体进行仿真,通过显示动力学软件LS-DYNA对不同模式下的滚刀群切削复合地层进行数值模拟,并结合滚刀、刀盘的力学分析及傅立叶变换函数,得到滚刀和刀盘的三向荷载-时间历程曲线及荷载的频谱图。通过分析荷载曲线及频谱图可知:1)在荷载特性方面,切削过程中滚刀和刀盘荷载均具有突变性、随机性和冲击性;当滚刀运动经过软硬岩层交界面时,滚刀切点荷载发生突变,有可能发生剧烈震荡。2)在振动特性方面,刀盘荷载的频率主要集中在0~5 Hz,属于典型的低频振动,并与滚刀的频率分布一致;软岩及硬岩仅对滚刀荷载的幅值产生影响,对其频率分布影响有限。结合刀盘在软硬不均地层条件下静力学的分析结果,确定刀盘在不均匀受力状态下的最大应力、应变位置,为苏埃通道滚刀破岩物理模型试验刀盘测试系统的构建提供了依据。     

盾构隧道管片位移分析

在盾构施工过程中,受隧道地质条件、地下水、盾构掘进参数、管片选型与安装质量、背衬注浆等因素的影响,管片在脱离盾尾后将产生空间位移。本文结合现场施工对管片位移产生的原因进行了简要分析、总结,提出了减少管片位移的方法。     

昆明地铁重叠隧道盾构施工位移数值模拟分析

昆明地铁首期工程一号线临近昆明火车站区间采用近距离重叠隧道方案通过,其上下垂直净距仅1.8~4.0 m,盾构施工期间的地表位移对既有建筑物的正常使用将会造成影响,是地铁施工中应重点控制的关键。因此,运用PLAXIS数值软件,对设计盾构方案施工条件下的地表沉降及上下隧道关键部位的位移,进行数值模拟,以评估设计方案的可行性。对上下隧道的洞顶、洞底及隧道中心线所对应地表的位移进行了数值模拟与监测的对比分析。结果表明:在既有设计方案条件下,各处位移均小于昆明地铁监测项目控制值,可以采用设计方案中的盾构参数进行施工。     

广州地铁二号线越—三区间盾构施工刀盘适应性分析

简要地总结了投入到广州地铁二号线越－三区间隧道施工的复合式土压平衡盾构的刀盘特点，适应性以及以后施工需要改进的主要功能。     

盾构隧道施工对邻近立交桥桩基位移及应力影响分析

以某隧道工程下穿高架桥为研究对象,分析了隧道开挖对邻近桥梁桩基的位移、剪力和弯矩等的影响规律。结果表明:隧道开挖对桩基的横向位移和纵向位移影响较小,最大横、纵向位移均小于规范规定的4 mm;桩基离盾构开挖面越远,受到的影响越小;隧道掘进过程中对桩体的轴力、剪力和弯矩影响较大,因此,在隧道施工过程中应对邻近桩体采取一定的加固措施以保证施工顺利推进。     

隧道盾构施工风险及其对策分析

隧道工程投资额大、建设周期长、地质条件复杂,施工难度大。盾构法修建区间隧道虽具有很多优点,然其设备投资大、操作要求高、影响因素复杂,施工过程有许多不确定的因素,存在着较大风险。本文结合某隧道工程施工实例,讨论了地下隧道盾构施工的风险和对策分析,为同行提供参考。     

盾构施工影响下砂土地层变形规律模型试验研究

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究.试验模型箱是由钢化玻璃板、底部钢板以及刚框架组合而成的开口箱体,砂性地层采用完全烘干的砂土来制作,盾构开挖过程通过一种能够精确...     

盾构施工对隧道围岩内力和地层变形的影响

针对大连路越江隧道工程特点，采用弹塑性有限元法分析预测盾构施工对隧道围岩内力和地层变形的影响；以便施工时采取有效技术措施，减少对周围环境的影响，确保隧道施工安全。     

潜盾机切刃盘于卵砾石层开挖之特性

潜盾工法于卵砾石层开挖需面对许多问题,诸如切刃盘开口尺寸及开口率之设计;滚轮切刃齿及切刃齿之配置、材质与成本问题等。潜盾机于卵砾石层中掘进时,通常无法期望以单一开口尺寸或开口率去应付长距离的挖掘,需要因应地质变化适时予以改变;滚轮切刃齿及切刃齿的配置与材质应用,则悠关是否能以最小成本产生最大之开挖效率。本文以长距离卵砾石层潜盾洞道开挖为例,依据实际切刃盘改造型式与掘进管理图表,探讨开口尺寸与开口率的适用性,并于现场量测所得滚轮切刃齿及切刃齿之磨耗数据,加以汇整并以图表呈现,可明显得知其间之关键因素,值得提供作为日后设计与施工之参考。     

土压平衡式盾构机刀盘扭矩的计算及试验研究

综合考虑了土压平衡式盾构机的直径、刀盘开口率、刀盘与土体的摩擦系数、盾构机的埋深、盾构机施工地层的土性、盾构机和地层之间的相互关系、盾构机推进速度以及螺旋输送机转速等参数的影响因素,推导出刀盘扭矩的理论模型。在盾构机模拟试验平台上进行试验,分析了两种典型开口率的刀盘在3种典型土层中扭矩的变化及土仓压力对刀盘扭矩的影响。分析结果表明,刀盘扭矩的理论模型与试验结果相符,并能满足盾构机实际施工的要求。     

考虑侧向位移的路堤沉降分析

为弥补公路路堤沉降预测中各现有模型存在的不足,并有效控制高路堤在建设期的稳定性,提出了基于等体积法的路堤侧向位移沉降模型,并推导出了计算公式.采用该公式对高速公路试验段长达1 a的沉降和侧向位移观测数据进行分析计算.结果表明,由侧向位移产生的沉降量约占总沉降量的20%;侧向位移产生的沉降也并非瞬时能完成,也能延续相当长...     

盾构隧道刀具更换技术综述

盾构穿越复杂水文地质地层时,常因刀盘刀具过量磨损而导致盾构被迫停机,这已成为困扰盾构施工的重要难题之一,进行刀具更换是目前解决这一难题,恢复盾构掘进的主要方法。然而,工程界尚未形成系统的盾构换刀技术体系。针对这一问题,在对已有技术研究理解和总结的基础上,阐述了盾构刀具更换技术的内涵和主要分类,并结合典型盾构工程换刀作业实例和笔者所在课题组的研究成果,对加固地层-常压换刀、基于常压可更换刀盘设计的换刀、带压换刀等3种主要换刀技术的原理、技术流程、关键技术、适用范围和优缺点等进行系统的分析和总结。最后介绍了日本最新的刀具更换技术,并对中国盾构隧道刀具更换技术进行了展望。结果表明：地层加固-常压换刀技术和带压换刀技术都是在常规刀盘设计条件下形成的,其关键都是保障开挖面地层的稳定性;差别在于,前者是使加固开挖面地层达到自稳后,在常压条件下实施的,而后者则是通过泥浆渗透成膜等辅助工艺提高开挖面地层的闭气性后,在气压支护条件下实施的;对于基于常压可更换刀盘设计的换刀技术来说,开挖面地层的稳定性不需要重点考虑,盾构机特殊的中空刀盘辐臂和常压可更换刀具设计才是该技术的关键。     

盾构刀盘的有限元参数化建模及其分析

为快速进行盾构刀盘有限元分析,建立典型刀盘有限元模型建模系统,利用该系统实现了盾构刀盘自动建模和有限元分析,并进行了掘进过程的有限元仿真,得到了刀盘与掘进界面耦合作用下的动态强度、刚度,为刀盘的优化设计提供参考依据。     

盾构刀盘设计系统开发

为快速准确地完成不同类型和尺寸盾构刀盘的设计,根据刀盘自身机械数据结构和施工过程的数据关系,结合刀具破岩机制实验数据和刀盘三维参数化机械模型和结构分析模型,利用VB完成刀盘参数化建模系统的开发,方便了刀盘设计人员准确且快速地完成各种不同地层、不同规格盾构刀盘的设计及分析。     

砂卵石地层大直径泥水盾构刀具配置适应性分析

针对北京地下直径线工程开展刀具配置适应性分析,通过对大直径泥水盾构在砂卵石地层中掘进施工现状进行总结及对掘进刀具的磨损量进行测量、分析,提出适应砂卵石地层大直径泥水盾构的刀盘刀具配置方式及合理的换刀距离,为后续施工及类似工程提供一定的参考和借鉴。     

北京铁路地下直径线泥水盾构刀盘、刀具适应性分析

结合北京站至北京西站铁路地下直径线工程实例,通过不同盾构刀盘刀具配置在砂卵石下的应用对比,重点对本工程刀盘刀具改造前后对地层的适应性进行详细研究,总结分析出:1)对致密的砂卵石地层的刀盘刀具配置采用盘形滚刀是必要的,并应根据卵石粒径、密实程度尽量加大滚刀尺寸,加大1和2层刀高差,以提高切削贯入度,提高掘削效率;2)通过滚刀、撕裂刀、切刀等长短刀具的合理配置,可以实现对砂卵石地层的有效切削;3)切刀形式由原来螺栓连接方式优化为销轴连接方式,可以有效防止切刀在掘进过程中的掉落等主要成果。最终解决了砂卵石条件下刀盘刀具配置应注意的关键问题,保证了工程的顺利进行,对类似工程有借鉴作用。     

公路盾构隧道地震响应的反应位移法分析

以某越江公路盾构隧道为工程背景,在利用成层反射理论分析场地地震波特性的基础上,采用反应位移法研究了公路盾构隧道的动力响应特性,其中:盾构隧道衬砌结构环向和纵向接头采用弹性铰模拟,天然地层作用在隧道结构上的剪切力和强制位移由成层反射理论动力分析程序DYNEQ获得.研究表明:由剪切力和强制位移引起的地震附加内力规律基本相当...     

复杂岩石地层盾构掘进速率预测模型研究

为提高盾构掘进效能,指导盾构掘进施工,对泥岩砂岩交互地层条件下越江隧道盾构掘进速率预测模型进行了研究。在施工现场进行盾构掘进试验,通过盾构数据采集存储系统,获取盾构掘进的基本参数,并进行点荷载强度试验以获得岩石强度数据。运用多元回归分析的方法,分析了盾构掘进速率与岩石点荷载强度及刀盘推力的关系,分别构建了泥岩和砂岩地层盾构掘进速率的预测模型,并对其进行了应用。研究和应用表明,在泥岩和砂岩两种地层条件下,盾构掘进速率均随岩石强度的增大而降低,随刀盘推力的提高而增大,掘进速率与刀盘推力、点荷载强度均呈幂函数关系。