泥质砂岩地层盾构掘进施工扰动效应与地表纵向变形预测方法

盾构掘进扰动引起的地表变形是施工控制的关键参数。在明确盾构施工不同阶段扰动机制与影响因素的基础上,基于半无限空间体Mindlin解,给出考虑盾构附加推力、盾壳摩擦力、同步注浆压力和地层损失多因素作用下的地表纵向变形计算公式。并通过长沙地铁6号线朝芙区间地表纵向位移实测数据验证了该文计算方法的可靠性。采用该方法分析不同施工参数对地表变形的影响。结果表明:盾构附加推力和摩擦力均造成前方地表隆起后方地表沉降,同步注浆压力使地表发生隆起并在盾尾处出现最大值,地层损失引起地表沉降占比最大;在盾构经过阶段因地层损失、盾构摩擦力和盾构推力的影响,引起的地表纵向位移最大。根据盾构掘进扰动机理及变形影响因素,对盾构掘进过程不同阶段的相关施工控制参数与措施提出了适当建议。     

某盾构隧道施工对周边建筑物影响分析

盾构隧道施工会引起周围地层位移,从而对周边建筑物产生不利影响。为保证施工过程中周边建筑物的安全,在工程项目实施前需要进行安全评估。依托浙江宁波某在建盾构隧道工程项目,通过MIDAS GTS三维有限元分析软件对盾构隧道的掘进过程进行了模拟,分析不同程度施工扰动作用下建筑物的沉降位移。并结合当地盾构隧道施工的地表沉降监测数据,对上部建筑物的安全进行评估,提出盾构施工监测数据的关键控制指标。分析结果表明对于该工程,在盾构隧道的掘进施工过程中,位于其上方的建筑物安全可靠。通过该方法可以用既有的施工监测数据对建筑物沉降进行预测,为相关工程提供方法指导。     

瘦西湖超大直径盾构隧道施工对周边环境影响分析

大直径曲线盾构隧道中,盾构掘进时盾构对其两侧和拱顶上方的土体作用不同,不同位置土体表现出不同的变形规律。为了保证曲线盾构隧道施工安全进行,并针对变形的差异性提出相应的解决方案,采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析,监测项目包括地表沉降、分层沉降、土体深层水平位移。研究结果表明:1)随着隧道掘进,地表沉降呈现反"S"形变形趋势,与3个变形阶段对应,即盾构切口到达时缓慢隆沉,盾构通过时沉降较快,盾尾脱出时沉降趋于稳定;2)横向沉降槽曲线中,掘进时隧道掘进方向曲线内侧沉降量比外侧对称位置沉降更大;3)土体水平位移在隧道掘进方向曲线内侧变形量小于外侧变形量。     

基于FDM-DEM耦合的盾构开挖面前方土体三维位移特性研究

盾构隧道施工本质上是在三维空间中利用机械实现动态掘进的过程。为了研究盾构施工对开挖面前方土体的位移影响，基于有限差分法(FDM)与离散单元法(DEM)开展了多组三维连续-离散耦合数值计算，并结合现场监测，提出相应的施工建议。首先，基于弹性力学的Mindlin解，综合考虑盾构顶推力、辐条式刀盘摩阻力和盾壳摩擦力对土体位移的共同作用；基于三维镜像法和球孔收缩问题推导了地层损失引起的三维土体位移场表达式，建立了开挖面前方土体三维位移完整解析公式；其次，为了同时满足工程分析尺度和反映土体细观力学特性需要，引入新版连续-离散耦合技术。依托工程实例，通过三维单剪模拟试验与室内直剪试验对离散域内的颗粒细观参数进行验证。最后，基于三维位移解析解和连续-离散耦合模型分析了开挖面前方土体位移特性及不同盾构顶推力、刀盘转速和推进速度下的三维土体位移特征。结果表明：三维位移解析解和连续-离散耦合的计算结果均与实测值匹配程度较好；在盾构掘进过程中，地表沉降量逐步增大，盾构开挖面通过后沉降量得到暂时控制；顶推力过大容易使开挖面前方H/4～5H/4范围内地表出现局部隆起现象；刀盘转速的提高会加大地表沉降量，使沉降槽...     

盾构隧道施工对既有铁路箱涵结构的影响研究

依托武汉地铁3号线盾构隧道下穿合武线铁路工程，采用三维数值计算方法模拟盾构施工全过程，分析盾构掘进对铁路箱涵结构变形及地表沉降的影响规律。研究结果表明:盾构施工导致既有箱涵结构产生以沉降为主的附加变形，沉降最大值出现在结构底板处；盾构掘进过程中，地表变形呈先隆起后沉降的规律，盾构开挖面到达分析断面前后各1倍洞径距离范围内地表变形波动较大；箱涵变形值随隧道埋深的增大呈减小趋势，当埋深增加到一定程度后，轨面沉降仍大于限制值，需采取合理的地层加固措施，以减小施工对既有结构的影响。     

盾构隧道施工地表沉降数值分析研究

隧道施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制，是隧道工程领域重要的研究课题之一。以盾构隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象，采用有限元数值分析软件模拟盾构隧道施工过程，分析盾构隧道引起的土体应力场、位移场变化，对比分析不同的地层损失、不同的土体本构模型、土体排水和不排水条件下隧道施工引起的地袁沉降变形规律，并进行了不同影响因素的敏感性分析。结果表明，地表沉降槽近似正态分布曲线，地表沉降的主要影响因素依次为隧道埋深、内摩擦角、压缩模量、粘聚力和泊松比；提出了盾构隧道施工引起的地表沉降计算模型，并采取有针对性的措施来减少地表沉降，减小对周围环境的不良影响。     

天津地铁6号线双线平行盾构隧道施工间隔对地表土体变形影响研究

研究双线盾构隧道在不同施工间隔下施工时地表的变形规律,对控制地表整体变形及不均匀变形十分重要。依托天津地铁6号线双线盾构隧道下穿天津西站站场实际工程实例,以铁路线设施的关键变形控制指标为评判依据,研究盾构左右线不同施工间隔下的地表变形分布特性,对比分析间隔距离与地表沉降和不均匀沉降的关系,为双线盾构隧道工程选择合适的施工间隔提供依据,以保证工程安全及地表铁路设施的正常运行。结果表明,不同施工间隔的影响主要表现为掘进过程对地表土体变形的扰动程度及扰动范围的明显差异:对于地表沉降变形而言,施工间隔越小,掌子面处地表土体沉降越快,且左线完全先行时,地表土体的纵向变形范围约为20 m,相较两洞同时施工时变形范围减小约25 m;对于地表不均匀变形而言,左线完全先行施工条件下,地表轨向变形、水平变形、轨距变形最大分别约为1、0.6、0.2 mm,相较两洞同时施工时分别减小0.8、0.2、0.15 mm。因此,对于双线盾构隧道而言,两洞同时施工时最不利于地表变形的控制,而一条隧道完全先行掘进的方案最有利于地表变形的控制。     

软土地区盾构下穿施工对铁路路基影响分析——以杭州地铁2号线某区间现场监测为例

盾构隧道下穿施工,将对既有铁路路基产生一系列不利的影响。当盾构引起的路基位移超过承载能力,将导致铁路轨道产生过大的弯曲及扭曲变形,从而影响列车运行的平顺性和安全性。结合杭州地铁2号线某区间隧道下穿既有铁路路基工程现场监测数据,分析在盾构下穿施工过程中列车轨道、路基坡脚及路肩的位移变化规律。实测结果发现： 1）监测点沉降变化与盾构的相对位置密切相关,可划分为盾构到达前、盾构穿越及盾构通过3个阶段; 2）盾构到达前,当盾构土压力大于静止侧向土压力将引起地表隆起,反之,则产生地表沉降; 3）盾构穿越过程中将导致地表隆起位移; 4）盾构通过后,地表沉降持续发展。由于碎石路基具有一定的调节作用,使路肩隆起值小于坡脚。铁路轨道隆起整体小于同一平面路肩,是因为具有一定抗弯刚度的轨道对土体位移有一定的抵抗能力。     

接收端主体结构板施作时机对盾构接收施工影响分析

为探究车站接收端主体结构不同施作时机条件下盾构接收对地表沉降、围护桩及结构端墙侧墙变形的影响规律，依托西安地铁14号线某区间盾构接收施工工程，采用有限元数值模拟方法对车站盾构接收端主体结构不同施作时机条件下（底板施作完成后、中板施作完成后、顶板施作完成后）盾构接收时的地表沉降及桩体变形进行对比分析;在此基础上进一步研究不同位置钢支撑轴力变化对盾构接收时位移变形的影响，并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）车站接收端主体结构中板施工完成后盾构接收对周边地表沉降及围护桩变形影响最小，此时地表最大沉降位于端头洞口上方，桩体竖向呈沉降趋势且水平向临空面位移。2）围护结构第1、2道支撑轴力变化对盾构接收后地表沉降及围护桩变形影响较大，且随着支撑轴力的增大，地表沉降及围护桩横向变形明显减小。3）在确保支撑轴力满足安全限值的条件下可以适当增大支撑轴力，以控制盾构接收引起的地表沉降及桩体变形。     

一种适用于砂性土地层盾构隧道地表沉降理论预测方法

盾构法隧道施工广泛应用于城市公路、地铁、给排水、电力等隧道工程施工中。但是,由于施工工艺质量及周围的施工环境和土层特点,施工引起的地层位移是不可能完全消除的。如果影响过大,势必会引起地表的沉降隆起超限,严重情况会导致周围建筑物倾斜倒塌和构筑物变形。在现有的沉降理论预测方法中选择适合于砂性土地层盾构施工引起的地表沉降预测方法,并在该方法基础上进行改进,得出砂性土地层特有的不同推进参数下盾构隧道施工引起的地表沉降理论预测方法。     

大直径盾构下穿密集建筑沉降控制技术研究

以广州地铁18号线番南中间风井—番南1号盾构井区间下穿蔡二村为例，采用Peck公式分析了盾构施工对建筑物和地表的影响程度和影响范围，提出了合理的沉降控制技术，并对施工过程中的沉降进行了监测和分析。结果表明:在双线盾构下穿后，地表会出现明显的双沉降槽变形趋势；通过合理选择掘进参数和注浆加固方案，可使地表和建筑沉降控制在安全范围以内。     

北京昌平线二期地铁盾构侧穿桥梁沉降监测分析

采用盾构法施工不可避免会引起地表及建筑物的变形沉降。为了研究盾构侧穿桥梁时对桥梁沉降变形的影响,以北京昌平二期工程盾构侧穿桥梁为例,采集桥桩和地表沉降变化数据,结合盾构推进土压和注浆量,分析桥桩及桥梁周边地表在不同阶段的沉降变形情况。得出:1)当盾构低土压侧穿桥梁时,会引起桥梁横向的差异沉降;2)低注浆率穿越浅覆土层及不良填土层时,隧道正上方范围内的地表仍会发生隆起变形。因此,盾构侧穿时,必须保证合理土压和注浆率,防止桥梁发生断裂裂缝及穿越不良土层时出现地表冒浆。     

软土地层双圆盾构掘进对周围土体扰动分析

双圆盾构具有断面形式特殊、开挖面积相对较大的特点,其推进将引起较大的地层扰动,而过大的土体扰动往往引发一系列环境病害。依托上海某双圆地铁隧道区间工程,构建三维弹塑性有限差分模型,计算分析双圆盾构掘进引起的地表位移场以及土体应力场分布,并将数值模型计算结果和现场监测数据进行对比验证。研究表明:双圆盾构施工引起的地表变形横向分布基本符合正态分布,影响区域主要集中在轴线两侧2倍盾构宽度范围内;切口到达时地表隆起,盾尾离开后,后方土体产生沉降,脱离20环左右地表纵向沉降逐渐趋于稳定;盾构掘进对下部土体的影响相对较小,盾构底部土压力增加最小,盾构中轴线上方土压力增量最大。研究成果可为今后此类施工提供理论依据和前期指导。     

软硬不均地层盾构近接下穿施工掘进参数优化分析

盾构法修建城市地铁时,盾构掘进参数对于控制地表沉降、保证施工安全等具有重要影响。以深圳地铁7号线盾构隧道下穿既有2号线为工程背景,针对在软硬不均地层情况下盾构隧道下穿既有隧道及过街通道,运用ABAQUS建立三维计算模型,对盾构施工进行全过程模拟及掘进参数优化分析。研究结果表明:①土仓压力及注浆压力对过街通道沉降相对于地表影响较大,施工过程中应当注意对过街通道底部进行监测;②对于软硬不均地层盾构下穿既有隧道及过街通道采用0.30~0.40 MPa土仓压力以及采用0.25~0.30 MPa注浆压力施工较为合理     

考虑盾构隧道轴线倾角的施工地表变形评价

针对盾构掘进过程中地层损失引起的地表变形,目前的理论解析法均假设盾构沿水平线进行掘进,尚未考虑盾构施工角度因素对地表变形的影响效应。基于修正源汇法公式,引入盾构俯仰角、隧道轴线倾角因素,通过离散方法建立考虑隧道轴线倾角的地表变形计算公式。通过基于实际工程参数的数值模拟计算及工程监测数据对提出的方法进行有效性验证,在此基础上深入分析隧道轴线倾角对地表变形的影响规律。分析表明,隧道轴线倾角对地表变形有明显影响:纵断面上,倾角直接影响地表变形曲线的斜率;横断面上,随着倾角增大,地表最大沉降越大,沉降槽越窄,变形曲线越尖锐。提出的考虑盾构隧道轴线倾角的施工地表变形评价方法能够反映实际施工时角度因素对地表变形的影响。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

盾构施工沉降多源数据实时交互平台开发

针对现有的平台无法实现盾构施工过程中多源信息的实时交互，造成施工关键信息沟通不畅而引发沉降过大的难题，以施工过程中盾构PLC掘进参数、隧道周边建（构）筑物情况、掘进土层信息和监测数据等多源信息为对象，开展多源数据的自动获取与时空融合方法的研究，开发基于移动互联的盾构掘进多源信息实时交互平台，使项目参与人员实时了解盾构施工情况并针对特定问题开展互动讨论，以解决盾构施工过程中信息沟通不畅的难题。通过在济南地铁R3线穿越老旧居民楼群的应用，实现了穿越施工地上地下数据联动，解决了盾构施工沉降控制过程中的协同管理难题，实现了既有老旧居民楼沉降控制在-5 mm以内的微沉降控制目标。     

佛山地铁2号线湾华～登州区间盾构隧道施工监测技术研究

地表沉降监测与控制是地铁隧道盾构施工中最关键的问题,以佛山市轨道交通2号线湾华~登州地铁区间盾构隧道施工监测技术为例,分析了监测的项目、方法、频率、报警值、控制标准、数据处理及反馈等技术,探讨了盾构施工过程地表沉降的影响因素及施工控制技术。对盾构施工过程中引起的地表沉降和管片结构变形进行了数值计算,研究结果可为其他相似工程提供一定的参考依据。     

地铁下穿运营铁路路基控制措施及变形特征分析

依托轨道交通11号线复武区间下穿武昌火车站站场工程，采取优化盾构设备选型、地面注浆超前加固、减小土层损失率等控制措施，并进行有限元数值模拟，研究盾构区间下穿铁路引起的路基沉降及轨面变形特征。结果表明：地层损失率控制在0.5%以内可有效控制路基沉降；随着盾构区间掘进，轨道沉降最大部位有由左线区间向右线区间移动的趋势，整个掘进过程中轨道变形增加比较均匀；在左线、右线贯通的工况下，土体应力重分布对轨道差异沉降有显著影响，使两侧轨道的沉降位移差逐渐减小，整个掘进过程轨道变形值满足控制标准要求。     

超大直径泥水盾构浅覆土掘进引起的土体变形特性分析

浅覆土段超大直径盾构隧道上浮的现象相当普遍,但隧道上浮导致的土体变形特性却鲜有论述。以上海市北横通道盾构隧道工程为背景,通过地表和深层土体沉降的实测数据,分析了浅覆土段超大直径泥水盾构掘进引起的土体变形特性。研究表明:管片脱出盾尾之后地表迅速隆起,在管片脱离盾尾12环时取得最大隆起量;横向3.6D监测范围内的地表均发生隆起变形,且距离隧道轴线两侧各1D范围内的地层在盾构通过后会发生较大的沉降变形;深层土体监测点的最大隆起量自下而上基本呈现递减趋势。