盾构隧道上浮的力学机理研究

已有工程监测资料充分反映了盾构法隧道、尤以大直径的盾构法隧道,在施工完成后的相当长时间内,均会产生上浮。本文将从隧道施工过程中,初始地层应力状态被破坏、洞周应力被部分释放、形成＂下大上小的不均匀＂应力状态着手,研究隧道衬砌（其重量远小于被开挖土体重量）上浮的必然性和力学机理。     

盾构隧道施工引起周围土体超孔隙水压力的分析

盾构隧道施工在推进过程中将不可避免地对周围土层产生扰动,从而在土体中产生超孔隙水压力,导致后期固结沉降。文章基于修正剑桥模型,采用应力路径法,对盾构掘进产生的超孔隙水压力的大小、扰动范围以及分布规律等进行了计算分析,从而得出了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力峰值;同时,通过考虑开挖面土舱压力、隧道中心处土体的静止土压力及土体粘聚力等因素的影响,确定了盾构施工引起周围土体超孔隙水压力的影响范围;在不考虑纵向渗流的前提下,根据达西定律原理推导得出了隧道周围土体超孔隙水压力的分布规律。结合算例分析表明:采用应力路径法得到的隧道周围土体超孔隙水压力的峰值与隧道的埋深呈线性关系;随着隧道埋深的增加,盾构施工对土体的扰动范围及超孔隙水压力的峰值都在不断增加;但超孔隙水压力的变化趋势随隧道埋深的增加逐渐变缓,当H/D=1.5时超孔隙水压力的变化趋势近似为线性。     

五女峰隧道隧址区地应力场反演与岩爆风险分析

隧址区地应力分布规律研究是确定隧道围岩岩性、工程设计和施工方案决策的重要前提。文章基于最小二乘法的多元回归方法对五女峰隧道初始地应力场进行了反演分析,得到了相应的回归系数。对比反演得到的应力值与实测值发现差异较小,反演结果满足工程应用要求。同时基于反演分析结果,给出了五女峰隧道岩爆风险等级分区图,隧道洞身区域处于高应力区域,施工过程可能存在岩爆风险,应加强监测并做好应急防治预案。     

城市大断面浅埋隧道中导洞法施工安全性评价——厦门国际旅游码头隧道

厦门国际旅游码头隧道虽然全长仅110 m,但存在隧道埋深浅、围岩条件差、开挖跨度大等不利条件。隧道采用中导洞法施工,施工中进行了位移、初期支护应力、初期支护与围岩接触压力、锚杆轴力等现场监测,监测结果及分析表明:该工法安全、可靠,施工方便。文章介绍了该隧道的工程概况、施工方法、施工监测结果及分析,可供类似工程借鉴。     

浅埋偏压双侧近接隧道影响分区及对策研究

新建隧道施工会引起围岩应力重分布,从而对邻近既有隧道产生较大的影响。文章依托浦梅铁路新建武调1号隧道和武调隧道双侧近接向莆铁路既有武调隧道工程,采用理论研究的方法建立了适用于双侧近接既有隧道影响度的表达式,得到了基于结构位移准则和结构可靠度准则的两种近接影响分区。通过数值模拟、回归计算的方法完成了两种双侧近接影响分区,结果表明:相比基于结构可靠度准则的近接影响分区,基于结构位移准则的近接影响分区方法中强影响区范围较小,弱影响区范围较大。对处于不同影响分区的既有隧道、新建隧道、中间土体提出了对应的适用于依托工程的施工对策。在不同影响分区范围内,对既有隧道结构位移、衬砌应力进行监测。监测结果显示:当采取既定的施工对策后,既有隧道结构位移、衬砌应力均得到了很好的控制,既有隧道受左侧新建偏压隧道的影响大于右侧新建隧道。     

隧道盾构掘进施工工对周围土体的影响

本文主要研究隧道盾构掘进施工中周围受扰动土体应力状态和应变状态的变异,以及由土体应力和应变状态态的改变引起土体力学性质变异的特性。     

泥水盾构下穿已有隧道施工过程数值模拟研究

针对2010年上海世博会重大配套工程——打浦路隧道复线工程,进行了数值模拟研究。根据工程实际,土体采用Drucker-Prager弹塑性本构关系,建立了沿弯曲路径下穿几何特性复杂的已有隧道的三维非线性数值模型,通过施加开挖面泥水压力模拟了泥水盾构施工过程,采用Newton-Raphson方法进行非线性求解。比较了轴线地表沉降数值模拟计算结果与工程实测数据,表明模拟模型可靠、可信;分析了泥水盾构施工对周围土体及已有隧道的影响,得到了已有隧道的位移和应力的变化规律,可为实际工程提供参考。     

基坑开挖对下方已建隧道的影响与控制方法研究

基坑开挖对下方已建隧道的影响主要体现在坑底土体回弹引起已建隧道的上抬变形。从基坑开挖时空效应的角度看,坑底土体回弹变形量与坑底土体的卸荷应力水平以及坑底土体卸荷暴露的时间密切相关。控制基坑开挖对下方已建隧道的影响,可综合采用大坑变小坑、分区块开挖、坑底及时压重加载、隧道周围土体加固与设桩以及信息化施工等控制方法。     

盾构下穿越已运营隧道的地表变形实测分析

文章基于盾构理论依据,结合上海市轨道交通7号线沪南路-白杨路区间隧道监测实际,对双线盾构下穿越已运营隧道施工引起的地表变形规律进行了探讨,分析盾构隧道下穿越施工引起土体移动的影响因素,为今后同类工程的设计与施工提供参考。     

上海市轨道交通8号线(曲阜路～人民广场)区间隧道盾构穿越2号线影响分析

采用连续介质有限元,分析轨道交通8号线在人民广场上穿2号线时,盾构施工对2号线区间隧道变形的影响。模拟了盾构施工中不同地层应力释放率下,2号线区间隧道的变形,对覆土厚度、土体强度、结构刚度等因素对区间隧道变形的影响进行了敏感性分析。     

远程实时监测系统在隧道明洞结构中的应用

针对川黔线某滑坡附近的隧道明洞结构,采用远程实时监控系统对围岩压力、钢筋应力、混凝土应力进行连续监测。实时监测系统具有数据采集、远程数据传输、数据曲线实时显示、监测预警等功能。明洞结构的监测数据显示,在明洞结构覆土完成后,结构内力随着施工荷载的减少及土体的固结,结构受力逐步趋于稳定,结构两侧边墙钢筋及混凝土表现为外侧受拉内侧受压,表明结构受到偏压作用,与实际情况相符。工程案例表明该实时监测系统既能及时掌握结构的受力情况,又不会影响线路的正常运营,特别适用于运营期隧道明洞结构的长期监测。     

Ghomroud隧道工程中双护盾TBM的围岩收敛与挤压预测

Ghomroud输水隧道是伊朗中部输水系统的一个新的组成部分,目前,该隧道正在采用双护盾TBM进行开挖。Ghomroud输水隧道全长36km,主要穿过侏罗纪时期的变质岩。Ghomroud输水隧道设计的难点在于:覆盖层厚度达650m,其构造应力有形成高围岩应力的潜在可能。为防止TBM在破碎围岩掘进中发生事故,有必要对隧道掌子面附近区域作用于双护盾TBM周围的围岩应力进行计算。由于隧道掌子面附近区域的应力与应变为3D状态,采用平面状态来考虑存在一定偏差。根据收敛约束法,通过在隧道周边施加假定应力来模拟隧道掌子面效应。本文在收敛约束法的基础上,引入了一种新的方法来计算隧道掌子面效应对隧道掌子面区域围岩应力分布的影响。采用该方法可以预测可能产生干扰护盾的临界区域沿Ghom-roud输水隧道分布。通过这种方法得出的结果与双护盾TBM在Ghomroud隧道施工中遇到的卡塞情况刚好吻合。     

土体力学参数随隧道施工动态变化对地层扰动影响的研究

文章基于土的三相体系,并依据隧道施工对土体扰动区域的划分,推导得出土体孔隙比与体应变的关系;运用有限元法计算不同区域的体应变,参考土体力学参数与孔隙比的关系,计算扰动土体力学参数在隧道开挖前后的变化,进而研究考虑土体力学参数变化与否对地层扰动的影响差异。计算实例分析表明:相对于假设隧道开挖过程中土体力学参数恒定的情况,在考虑土体力学参数改变情况下地表最大沉降增大8.1%,塑性区域范围面积增大55.6%。     

散岩堆积体中特大断面公路隧道洞口段合理施工工法研究

为研究散岩堆积体中隧道洞口段最适宜的开挖方式,文章以火凤山隧道(双线隧道)为工程背景,采用拉格朗日有限差分软件FLAC3D建立土体三维计算模型,对施工期隧道洞口段分别采用三台阶、三台阶预留核心土、三台阶七步法、CD法和CRD法共五种工法进行数值模拟开挖,分析不同施工工法下围岩应力分布及变形规律,提出适用于散岩堆积体地层条件下的隧道洞口段施工工法。研究结果表明:从隧道竖向位移分析得出,五种工法对应的最大位移分别为28.18cm、25.90cm、21.43cm、18.58cm、14.13cm;从围岩应力来看,五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别,只是在量值上有一定差异;随着围岩的不断开挖,隧道埋深逐渐增大,隧道各特征点的最大位移值也不断增大;在掌子面前方一定范围内,即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形,但是变形较小;当开挖断面推进到监测断面时,随着开挖面的推进,拱顶下沉不断增大,其特点是初期下沉速率很大,而后随离开掌子面的距离变大,其速度逐渐减缓,并趋于稳定,围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。     

地面超载对大型盾构施工扰动位移的影响

上海军工路越江隧道工程中泥水系统由于地面条件所限,布置于施工隧道上方,紧临防汛墙的盾构隧道施工影响区域内。泥水系统庞大的自重荷载及设备振动荷载造成地面超载,从而对周围土体产生扰动,造成较为复杂的位移,影响施工过程。本文通过对该隧道工程施工过程中地面超载条件下土体扰动位移进行监测,来研究位移变化规律,分析变化原因,预测发展趋势。     

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

基于智能监控的公路养护施工管理系统研究

在公路隧道养护施工管理过程中,通常存在着瓦斯等有害气体的安全隐患问题。针对这一问题,此次研究从瓦斯监测和监控技术方面出发,提出了基于动态控制策略的监测系统,对监测内容以及监测方法进行了设计;提出了基于无线网络的智能监控系统,在系统构建中设计了瓦斯等气体监控模块、管理人员环监控模块以及视频监控模块。对于公路隧道养护施工的重点区域和容易发生瓦斯气体聚集的区域,采用自动检测系统实施动态实时监测;对自动监测系统覆盖不了的区域实行人工监测,为公路隧道施工全局补充采集数据。相比于传统的有线网络监控系统,该系统在施工过程中具有更高的灵活性,面对扩容需求时可塑性高且布设简单。此次研究所构建的智能监控监测系统能够在公路隧道建设工程中提供可靠的技术支撑。     

滨海软土层新建地铁盾构隧道近距离上跨既有地铁隧道修建技术

深圳地铁5号线南延工程前湾站—桂湾站盾构区间隧道上跨既有地铁11号线隧道,隧道重叠区域位于滨海淤泥软土地区,附近众多工程群坑关系复杂且相互影响极大。为确保上跨施工时既有地铁11号线隧道不发生超量变形或者破坏,在前桂区间隧道施工前采取了地质补勘、区间土体加固、补充加固、袖阀管注浆加固等施工准备措施,盾构推进过程中综合采用分段施工和参数调整、严格控制盾构推进和管片拼装质量、改良土体、同步注浆和补浆等措施,确保了盾构隧道施工安全可靠。施工监测结果表明,前桂区间盾构施工引起的既有地铁11号线隧道最大位移为5.0 mm,满足地铁保护的安全要求。     

国道214线青海通天河隧道变形应力分析

针对工程施工中的隧道地应力的力学进行了探究和分析,并探讨了隧道应力造成围岩变形的机理,对由于高地应力使隧道在施工过程中出现较大的变形现象进行了详细分析。介绍了隧道大变形形成原理,对地形突变点及特殊层面进行详细的研究,确定了大变形地段可靠、操作性强的支护办法。以共玉二级公路通天河隧道为例,详细的介绍了应对隧道地应力特点的有效的施工措施和技术对策等,可确保隧道施工的安全性。通天河隧道地应力的施工实践给隧道高地应力区域的施工了有意义和有价值的技术经验,可供类似的隧道工程借鉴。     

连拱隧道先行洞室支护体系施工力学性态研究

结合连拱隧道工程实践,对隧道施工中先行洞室支护体系应力进行相关监测,分析不同开挖工序下应力变化规律。研究结果表明:先行洞室上台阶及仰拱开挖引起了支护应力较大变化及重分布,为支护稳定的控制点;隧道开挖对支护应力的纵向影响距离大致为隧道跨度的2倍,约为20～25 m;开挖效应消失后,左右拱圈45°处应力的时间效应较其它位置要明显;封闭支护结构是改善结构受力的有效途径,应及时施作仰拱和形成封闭环。该研究结论可为类似条件下连拱隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。