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。     

软土地层中盾构施工引起地表沉降的数值分析

以杭州地铁1号线某区间地铁隧道开挖为例,利用三维非线性有限元软件对地铁盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与分析,得到开挖引起隧道周围土体移动和地表沉降曲线,分析了隧道地表沉降沿横向、纵向及不同深度处地层的分布随盾构推进的变化规律,通过预测的结果,提出了控制地层变形的措施。     

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。     

盾构隧道壁后注浆压力对地表沉降及围岩变形的数值模拟研究

以某地铁工程区间隧道为例，采用通用的FLAC程序对盾构区间隧道施工在不同注浆压力条件下引起的地表沉降及围岩变形进行了数值模拟研究。根据该分析结果，综合考虑在工程地面条件允许的沉降范围内，提出了合理的盾构施工同步注浆压力及相应的控制沉降措施。     

大埋深富水裂隙岩层土压平衡盾构填舱注浆施工技术

为解决穿越大埋深富水节理裂隙发育岩层的土压平衡盾构隧道施工过程中发生的开挖面涌水和地表沉降过大的问题,依托广佛环线沙堤隧道工程,对土压平衡盾构填舱注浆施工技术进行研究,并利用有限差分软件FLAC3D对填舱注浆技术进行数值模拟分析。研究结果表明： 1)土压平衡盾构穿越深埋富水裂隙岩层时,隧道洞周围岩变形较小,而地表沉降及建筑物变形对地下水流失较为敏感; 2)将气压平衡和土舱填舱注浆处理技术相结合,辅以微扰动等施工控制方法的填舱注浆成套施工技术能够有效解决施工过程中的喷涌现象及地表建（构）筑物沉降过大的问题; 3)采用填舱注浆技术进行堵水时,应保证开挖面内填舱注浆范围和注浆参数选取的合理性,并应考虑注浆厚度对施工进度的影响。     

四线大断面隧道浅埋暗挖下穿综合管廊保护方案研究——以广佛城际下穿华康道管廊工程为例

为解决软弱富水地层四线大断面隧道近距离下穿大型综合管廊的支护及沉降控制技术难题,以广佛城际下穿华康道管廊工程为例,通过案例调研、方案比选、数值模拟分析及现场监测的方法,对超前加固方案、暗挖支护参数、施工工法、施工工艺等开展研究。研究结果表明:1)管廊底部设置托底管棚+隧道拱部超前管棚+水平旋喷止水预加固+双层衬砌的协同支护方案在工程适应性、工期及造价方面最优。2)4管隧道采用(1)—(3)—(2)—(4)顺序开挖,(1)、(3)、(4)号隧道采用CRD法,(2)号隧道采用三台阶法对隧道沉降及管廊沉降控制最优。3)(1)号隧道开挖时隧道及管廊沉降变形速率最大。4)地表、管线、管廊及拱顶沉降变形均在5mm内。     

盾构隧道下穿既有建筑施工监控分析

以成都某轨道交通工程盾构下穿既有公安局工程为背景,提出洞内深孔注浆和地层注浆加固的控制措施,通过数值模拟方法建立三维地层结构模型,模拟盾构全开挖过程,探明盾构近接穿越过程中地层以及建筑物的受力特性。结果表明,地层沉降在开挖过程中持续增长,增长速率在掘进至建筑物下方时最大;在开挖下穿段,管片变形变化显著;“工”字形建筑物两端沉降相对更大且在靠近线路处沉降达到最大,建筑物倾斜变形在掘进至正下方时最为明显。结合施工监测数据,在掘进过程中应及时根据监测数据调整盾构参数,保证建筑物沉降量与变形速率均满足施工监测要求。     

松散堆积体隧道围岩变形特征及围岩加固技术研究

为了探究松散堆积体隧道的围岩变形规律及有效的围岩加固措施,以九绵高速五里坡隧道为工程依托,首先基于现场资料建立数值模型进行施工动态模拟,研究松散堆积体隧道的变形特征并与现场监测情况进行对比分析;然后依据数值模拟结果提出适宜的围岩加固措施,并应用于现场试验段验证其有效性.结果 表明:松散堆积体地层开挖时对掌子面后方地层沉降、周边收敛的影响范围为6～10 m,加强此范围内的超前预加固对围岩变形控制有较好的效果;当前断面开挖时,水平收敛及拱顶沉降会出现明显突变,初期支护、系统锚杆及锁脚锚杆应在开挖后第一时间施作.五里坡隧道现场试验段采用加强超前小导管及锁脚锚杆参数并结合地表帷幕注浆的联合加固措施后,围岩变形得到了有效控制.     

淤泥地层暗挖矩形隧道密贴雨水箱涵施工关键技术

为解决富水淤泥质地层和粉质黏土层中大跨径矩形暗挖隧道密贴下穿雨水箱涵施工难题,提出采用水平旋喷桩和全断面帷幕注浆结合的技术加固隧道及周边土层,以提高地层刚度。隧道采用分步开挖法,分上下、左中右6步开挖,超前支护采用小导管注浆方案,并分段进行临时支撑拆除和二次衬砌施工,施工过程中对隧道和箱涵变形进行监测。结果表明: 通过水平旋喷桩和全断面帷幕注浆加固改良土体,施工过程中的箱涵变形在可控范围内,且整个施工过程中隧道初期支护结构变形较小（6.8 mm）,说明施工采用的超前加固和开挖支护措施是安全可靠的,可以有效降低类似地质条件下暗挖隧道的施工风险,对类似工程有一定的借鉴意义。     

鸡口山岩溶隧道处治方法适用性模拟对比分析

结合鸡口山隧道工程,针对该溶洞隧道分别采用开挖回填法、超前注浆法和超前管棚支护法3种方法施工时,采用数值模拟分析对围岩变形情况进行了研究分析。研究结果表明： 采用超前注浆法开挖时隧道围岩的变形最小,开挖回填法次之,超前管棚支护法最大,超前注浆法控制围岩变形的效果优于开挖回填法和管棚支护法。说明在开挖过程中,超前注浆法使开挖范围内的围岩稳定性得到了加强,有效地减小了溶洞对隧道围岩变形的影响,因此在鸡口山隧道中采用超前注浆法施工比较适宜。     

基于修正剑桥本构模型的盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为了保证在我国黄土地区城市地铁盾构开挖在靠近桩基础时的安全性,降低盾构开挖对桩基础的扰动影响,基于ABAQUS数值模拟有限元分析软件,采用土体的修正剑桥本构关系,建立地铁盾构法开挖施工的三维有限元分析模型。对隧道盾构开挖过程中邻近桩基础的变形和地表沉降规律进行了计算分析。研究结果表明:隧道盾构对邻近桩基础的影响主要表现在桩基础的隧道埋深位置处,垂直隧道纵轴的水平方向(X方向)位移量上;在盾构开挖过程中,随着开挖面与桩之间距离d缩小,桩的水平方向位移逐渐增大;在d大致为[-0.5D,+0.5D]范围内时,变形最大;当d继续增大时,水平方向位移也继续增大,最终趋于稳定值。通过综合分析数值模拟计算和施工现场监测得到的地表位移变形曲线,可以发现在隧道轴线正上方位置地面的沉降最大,向隧道轴线两侧沉降逐渐减小,但在桩基附近的地表沉降相对较小,而桩顶承台也受到不均与沉降的影响产生偏移。在该隧道工程实际开挖中,需要加强承台不均匀沉降监测,以便及时采取控制措施。     

土压平衡盾构开挖面压力取值及对地表沉降的影响

土压平衡盾构广泛应用于地铁隧道施工中,其施工过程产生的地表沉降及相关问题直接影响隧道施工安全。以成都地铁3号线某区间盾构隧道工程为例,应用理论方法计算盾构开挖面压力取值范围。结合工程地质条件、施工参数、不同开挖面压力和地层损失率,利用嵌入了土应力路径本构模型的ABAQUS软件进行盾构开挖三维模拟,得到了卵石地层盾构施工引起的地表沉降规律,并通过与现场地表沉降监测结果对比,验证了此模型的合理性,确定了合理的开挖面压力取值范围。最后,进一步分析了实际盾构施工开挖面压力值与地表沉降值之间的规律,评价施工时设定的开挖面压力值的优劣。     

上软下硬大跨隧道变形数值分析与规律研究

如何保证上软下硬岩质大跨隧道拱顶围岩的稳定,进而控制上覆地层的变形是浅埋暗挖大跨隧道研究热点。依托大连地铁一期工程203标段兴工街站,利用三维数值模拟,分析在不进行注浆加固和不施加任何支护措施的情况下隧道与围岩的变形规律,详细分析总结了围岩位移场、地层沉降、地表沉降、水平位移等方面的相关结论,揭示隧道与围岩变形的主要影响因素和关键工序。研究成果可以为此类隧道修建积累实践经验,为控制措施的制订提供科学依据。     

深圳强风化砂岩地层中盾构下穿桩基的环境效应

依托深圳地铁龙岗线西延段福少区间盾构隧道施工工程,选取无桩、单桩与多桩存在条件下的三个监测断面,对盾构施工过程中的瞬时地表沉降与稳定地表沉降进行数值模拟,并与实测结果进行对比,研究桩基对盾构掘进过程引起的地表沉降的影响。结果表明:监测点距离隧道轴线的距离越近,产生的地表沉降值就越大;桩基所在位置监测点的地表沉降明显大于附近监测点,而多桩所在位置的沉降值在整个区段达到了最大值,且影响范围也更大,此外,多桩区域稳定沉降与瞬时沉降的差值也大于单桩或者无桩情况下的差值。为了防止盾构下穿桩基造成地表沉降过大、桩基失效等不良环境效应,提出了调整盾构掘进参数、跟踪注浆等施工控制措施。     

砂卵石地层中复合式土压平衡盾构掘进参数及地层变形规律研究

依托兰州城市轨道交通1号线某区间试验段工程,对砂卵石地层中双洞地铁隧道盾构选型和地层变形进行研究。引入盾构扭矩和推力的数学计算模型,计算结果应用于现场工程施工和有限元三维数值模拟中,分析了双洞隧道先后施工时,地层沉降槽的范围、特征、变化规律以及开挖引起的横向和纵向水平方向上地层位移影响范围和影响规律。结果表明： 1）越接近地表,隧道先后开挖对沉降槽的扰动效应越弱; 2）由两隧道同向先后施工引起的地层最终沉降槽非对称特征明显; 3）水平向地层的扰动效应叠加,地层易出现剪切变形,需采取必要防护措施; 4）现场监测结果与数值模拟结果基本一致,证明所采取的施工工法合理,施工沉降总体控制效果良好。     

浅埋暗挖隧道地表沉陷规律分析及控制措施研究

青岛市城阳区某隧道为交叉中隔墙法开挖的浅埋暗挖隧道,隧道周边环境复杂。为了研究浅埋暗挖隧道地表沉陷规律,保证施工过程中既有桥梁、给水管和通讯管线的正常运营和使用。对隧道地表、拱顶、围岩压力等参数进行了实时监测,得到了支护和围岩的动态信息。并基于监测数据利用MIDAS软件建立了有限元模型,研究了隧道性状和土体变形特征在不同施工参数下的变化规律。将现场监测数据与数值模拟计算值进行对比,两种方式得到的数据吻合度高。隧道的平移近、拱顶下沉、地表沉降、拱腰压力、拱底压力和拱顶压力等参数临近控制值。针对上述结果,提出了优化开挖顺序、控制进尺长度和加强超前支护等施工控制措施,据后期的监测数据反馈情况证明了施工措施的有效性。     

黄土隧道地表塌陷原因分析与施工对策研究

基于兰渝铁路工程某大断面黄土隧道的工程背景,分析在黄土地层不良地质段发生地表塌陷、初期支护严重变形、拱顶沉降及洞内收敛过大等现象的原因;同时根据地表塌陷段的地质情况,结合数值模拟分析,提出地表旋喷桩注浆加固地层、洞内超前注浆预支护以及提高初期支护强度的综合处置方案,很好地实现了隧道安全施工的目的。针对黄土地层大变形及地表塌陷区采取的施工控制技术可供今后类似隧道借鉴和参考。     

超大直径水下盾构隧道近接施工力学行为分析

为探明海域复合地层条件下,水下超大直径盾构公路隧道近距离开挖对既有隧道的影响,文中以珠海横琴马骝洲交通隧道为研究背景,采用数值计算和现场试验相结合的方法,得到了由盾构施工引起的既有隧道附加内力及变形变化规律。分析数据可知:盾构施工会引起管片的二次附加内力,拱顶弯矩和拱底轴力受隧道开挖的影响程度较大;由开挖引起地表沉降影响范围约为5倍隧道洞径,盾构在近距离施工产生的荷载对既有隧道有挤压变形的效果,两侧拱腰会随着隧道掘进而逐渐向内产生二次收敛变形。     

区间隧道暗挖施工引起地表沉降数值分析

以某地铁暗挖区间隧道施工为工程背景,运用MIDAS-GTS数值模拟,探讨了隧道埋深、地层条件、支护条件等因素对地铁区间隧道暗挖施工引起地表沉降的影响。研究结果表明:随着隧道埋深和土体弹性模量、黏聚力及内摩擦角的增大,均使开挖过程中的土体扰动效应减小。而支护强度对最大地表沉降量Smax、地层损失率Vl及沉降槽宽度系数i的影响不明显。     

富水盾构隧道地表固结沉降及控制措施研究

依托某城市富水盾构隧道,通过数值模拟,研究地表沉降控制措施,结果表明:富水地层中地表固结沉降占比较高,计算需考虑渗流。考虑渗流下,结构受力变形有不同程度提高;隧道四周剪切塑性区增大。围岩孔压在拱腰聚集,开挖后地下水指向内空,管片注浆后,地下水沿衬砌背后向下渗流;盾尾注浆会改善盾壳受力及不均匀性。考虑渗流,管片变形及弯矩由拱顶、拱底向拱底（变形）和拱顶（弯矩）转移;增大注浆圈为较实用措施。