盾构近接高架桥桩施工的地层沉降空间形态研究

为了解盾构近接施工引起地层的非线性变形和沉降空间形态,基于有限差分法对合肥地铁1#线隧道近接城市高架桥桩的盾构推进过程进行了研究,分析了盾构近接桩体施工前后横向、纵向地表非线性沉降变化规律及地层沉降空间分布形态。结果表明,近距双线隧道盾构依次开挖对土体产生扰动以及盾尾空隙引起地层不均匀沉降,由于近接高架桥桩基的影响,其沉降量与盾尾空隙后方距桥桩距离成函数对应关系,相邻隧道开挖引起的地层沉降对沿隧道轴线的地表沉降具有叠加效应。数值模拟实现了隧道地层沉降空间形态等值超曲面图和地表沉降曲面图对地层不均匀沉降等值3D形态的描述。     

隧道盾构施工地表沉降规律模拟研究

隧道盾构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.为准确预测盾构隧道施工所引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施,采用150室内模型试验和FLAC3D数值分析软件,在模型隧道纵、横向设置位移监测点,监测地面沉降随开挖过程的变化规律.结果表明:沉降量随隧道深度的增加而减小,随掘进的进行而增加;横向沉降量在隧道正上方最大,沿两侧递减,深度越小收敛越快,沉降槽越小;纵向沉降量沿隧道开挖方向沉降值逐渐减小.两种试验模拟的结果较为接近,可以保证所获得的盾构隧道施工引起的地面沉降规律的正确性.     

基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制

目的为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施．方法基于均质半无限空间假定,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场和单向应力场。利用弹塑性力学的Lame公式和Kiersch公式及摩尔一库仑屈服准则,定义了弹塑性解的位移边界条件．将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉降预测及控制．结果得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式,对弹塑性计算式的分析显示,隧道围岩的弹性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比纵内摩擦角φ和膨胀角沙越大,地表沉降也越大．提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法．结论研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制．     

盾尾间隙注浆对地表沉降的影响研究

以广州地铁四号线仑大盾构区间为工程背景,通过管片向地层传递的约束反力与地层原始地应力的差值来反映盾尾注浆效果,并采用二维有限元计算模型来模拟盾构盾尾注浆效果对地表沉降的影响,从而实现盾构施工地表沉降的理论预测.数值模拟表明,注浆效果对限制地表沉降作用明显.现场监测同样证实,不同注浆效果将引起不同的地表沉降,且随着注浆效果的提高地表沉降将随之减小.进而验证了数值模拟的合理可行性.     

数值模拟在上海跨江输水隧道盾构施工中的应用

针对上海青草沙越江输水隧道工程施工引起的地面沉降的影响因素进行了探讨,对其沉降规律进行了分析.系统地总结了盾构施工引起地面沉降的机理.研究了隧道埋深、盾尾注浆等条件对地表沉降的影响,并结合有限元计算结果对比分析,得出盾构法施工引起的地表沉降规律.同时也总结了一些现场监测的作用和地表沉降的控制方法.     

盾构隧道施工引起的地表沉降预测分析

盾构隧道施工中,提前预测盾构影响范围内地表沉降情况对减少施工对既有建筑物造成的危害是相当重要的.Peck公式法用于隧道施工引起地表沉降的分析被工程界广为接受,但公式中计算参数的选取一般依据经验而定,使该方法在实际应用中受限.论文结合工程实例对随机介质理论法、Peck公式参数修正法及统一土体模型法对比分析,发现Peck公式参数修正法的预测值更接近实际地表沉降值更可靠,从而为类似的盾构施工提供参考.     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

类矩形土压平衡盾构施工引起的地表变形

针对类矩形盾构施工的扰动控制问题,基于弹性力学Mindlin解,考虑刀盘正面附加推力、壳体与土体之间摩阻力、同步注浆压力以及土体损失4种因素的共同作用,采用数值积分法和叠加原理对地表变形进行计算分析.结果表明：4种因素共同作用下类矩形盾构掘进地表相当范围内表现为沉降,最大收敛沉降约为33 mm,开挖面前方的沉降影响主要集中在前方10 m范围;同步注浆压力产生的地表隆起可以部分抵消土体损失引发的沉降,因而合理的同步注浆有利于沉降控制;4类因素中,正面附加推力和盾壳摩阻力产生的地表变形很小.理论结果与实测数据基本吻合,可为后期类矩形盾构隧道施工的扰动控制提供理论参考.     

地铁双隧道施工诱发地表沉降预测研究与应用

地铁施工诱发地层沉降与环境损伤的预测与控制是亟待深入研究的重要课题。地铁区间隧道多是同一埋深建造的两条近距离平行隧道，两隧道开挖对地层沉降的影响往往相互叠加，沉降预测更加困难．本文研究了双孔平行隧道施工诱发地表横向及纵向变形的修正Peck法与随机介质法计算公式；对于地铁双孔平行隧道开挖，基于部分实测沉降数据的Powell最优化理论方法，实现了Peck法与随机介质法各自的多参数反分析预测；开发出了地铁隧道施工诱发地层环境损伤预测评价与控制设计的STEAD系统；对多处双孔平行隧道工程实进行了理论预测和验证，实测沉降证明了理论方法与STEAD程序系统的科学性和有效性．     

平行双隧道盾构法施工地表沉降仿真计算研究

盾构法施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题.以杭州地铁1号线某盾构区间的双线平行隧道为背景,采用三维快速拉格朗日法,对不同应力释放率及轴线间距下的隧道施工进行了仿真计算,预测与分析了先建隧道、后建隧道引起的横向地表沉降及总的横向地表沉降.将计算结果用Peck公式进行了拟合,并与实测值进行了对比,均较为吻合.仿真计算结论可供后期施工参考.     

盾构施工下穿城市匝道桥影响分析

为准确分析盾构隧道施工下穿桥梁对桩基的影响，以实例工程为背景，基于沉降理论估算双线隧道施工引起的地表沉降量，建立了双线盾构施工穿越桥梁桩基模型。运用数值模拟和现场施工监测相结合的研究方法，重点分析了盾构施工引起的地表沉降以及对桥梁产生的竖向沉降和水平位移情况。结果表明：采用注浆加固可有效降低盾构施工对地表沉降的影响；在未加固的情况下，产生的竖向沉降满足控制标准值8 mm要求，水平位移不完全满足控制标准值2.4 mm要求；采用注浆加固后，桩基发生的竖向沉降和水平位移都有显著降低，且均满足控制标准值要求。结合现场施工监测结果进行分析，验证了数值模拟结果的准确性，并对今后类似工程施工具有一定的参考价值。     

基于高精度GPS的盾构隧道下穿河道河床变形监测

为了解决盾构隧道下穿河流施工过程中河床变形难以采用水准仪、全站仪等传统方法监测的问题,作者以石家庄地铁1号线双线盾构隧道下穿滹沱河工程为例,介绍了高精度全球定位系统(global positioning system,GPS)静态观测方法在河床变形长期监测中的应用.首先,布置目标区域监测网,包括1台参考站和6台监测站;然后,对基准站稳定性进行评估,并解算各监测站位移时间序列;最后,根据监测站位移时间序列分析盾构施工影响下河床的变形规律.观测结果表明,该监测方法精度可达到亚毫米级,河床沉降开始于掌子面到达前3～4D(隧道外径),盾尾脱出时沉降速率达到最大值,后行线对地表横向水平位移的影响比先行线的影响大.     

考虑盾尾注浆隆起的盾构掘进地面位移预测

通过对3个盾构隧道工程实例中盾尾注浆引起的地面隆起的分析,对比了Mindlin解、sa—gaseta法、Verruiit-Booker法、Loganathan—Poulos法、Chi法和Park法6种解析方法及高斯公式预测盾构掘进盾尾注浆引起的地面隆起的适用性,并结合工程实例给出了考虑注浆地面隆起后盾构掘进地面位移计算的修正Peck公式。分析表明：盾尾注浆引起的横断面地面隆起曲线,可以用高斯公式和Chi法较好地拟合,在确定注浆隆起宽度参数K。和沉降影响角口的经验取值后,可预测盾构注浆隆起。考虑注浆隆起的修正Peck公式,可合理地预测包含注浆隆起在内的盾构掘进引起的横断面地面位移。     

软黏土中盾构掘进地层变形与掘进参数关系

宁波地铁某区间单线隧道穿越地层主要为淤泥质黏土层,上覆地层主要为砂质粉土和淤泥质土.针对2类典型的上覆地层中土压平衡盾构施工,获取了相应的地表沉降监测数据,研究地表沉降与盾构施工过程的相互关系.采用经典高斯经验公式对盾构掘进引起的地表横向沉降曲线和纵向沉降发展曲线进行拟合,得到各监测断面沉降槽宽度ix及沉降槽宽度系数K.采用平移累积高斯沉降曲线对纵向沉降发展曲线进行拟合,获得盾构掘进引起的沿线地层损失率.研究盾构掘进参数取值对地层损失率的影响.结果表明,盾构推力、开挖面支护压力以及盾尾注浆率对地层损失率的影响显著.给出类似地层中各项盾构掘进参数的参考范围.     

新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降分析

相比直线线路盾构施工,新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂,且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段,结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解,考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响,计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解;第2阶段,将土体竖向位移视为位移荷载,施加在既有隧道上,基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论,构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程,运用有限差分法对方程降阶并求解。最后,与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性,并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明：新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性,最大沉降位置位于弯道内侧1～2 m处,与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R₀会增加既有隧道沉降,弯道内侧沉降增速大于弯道外侧,一般要求R₀不小于300 m;当R₀大于600 m时,可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降,沉降增加速度也随D′的增大而增大,但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Z_c会减少既有隧道沉降。     

砂卵石地层盾构施工引起的纵向地表变形预测

为了更好地预测盾构施工对砂卵石地层的影响,对Sagaseta法进行了修正.假定土体不排水,利用Mindlin解推导了盾构同步注浆施工过程引起的砂卵石地层三维变形计算式,并结合盾构机外壳与周围土体间的摩擦力以及地层损失引起的纵向地表沉降计算公式,得到了砂卵石地层盾构施工引起的纵向地表沉降计算公式,并将本文理论计算值与现场监测数据、Sagaseta公式理论值、数值模拟值进行了比较.结果表明:本文理论计算结果与现场监测数据较为吻合;理论法较Sagaseta法更适合于砂卵石地层;盾构施工引起的砂卵石地层纵向地表沉降呈S形.     

下穿施工时盾构-卵石地层-既有隧道相互作用模型试验研究

以实际工程为背景,设计了具有单一卵石层和2个既有隧道的试验模型.基于自主研发的土压平衡盾构试验平台,开展了卵石地层盾构下穿既有马蹄形隧道和矩形隧道的模型试验.在试验过程中,记录了盾构机的施工动力和排土量,同时监测了试验模型的地表沉降,以及既有隧道的应变和作用在其上的土压力.通过盾构机施工动力和排土量的变化,分析了既有隧道对盾构施工状态的影响.利用盾构下穿过程中盾构排土量的变化,解释了既有隧道周围卵石土体发生塌落破坏的原因.基于实测的地表沉降和作用在既有隧道上土压力的变化规律,揭示了盾构下穿过程中既有隧道与卵石土体的相互作用机理.     

盾构施工盾尾注浆硬化过程数值分析研究

简要介绍了盾尾注浆的目的及类型.在假定其他参数已知的条件下,通过实例,用有限元程序GTS模拟考虑盾尾注浆硬化过程和未考虑硬化过程两种盾构施工情况.研究结果表明:盾构施工过程中,受浆液长期固结影响,地表会产生进一步的沉降.充分考虑浆体硬化作用,利用监控压注浆液的硬化情况控制后期沉降是一种有效的地层沉降控制手段.     

隧道新奥法施工监控量测中的工程测量技术

通过超欠挖控制、拱顶下沉、地表下沉的工程实践，讨论在隧道施工监控量测中工程测量技术的应用情况。     

曲线盾构隧道掘进地表沉降计算模型研究

盾构隧道掘进过程中产生的地层损失和施工荷载是引起地表沉降的主要因素,曲线盾构隧道的非对称性使得掘进引起地表沉降规律更加复杂。基于直线盾构隧道掘进引起地表沉降的研究成果,考虑实际工程中隧道会由于自重而沉降到土体边界底部和曲线盾构隧道地层损失的非对称特征,建立了曲线盾构隧道掘进引起地表沉降的地层损失模型,同时将建立的模型与已有曲线隧道地层损失模型进行对比研究。结果表明:本文建立的地层损失模型引起的地表沉降变形值更大,受转弯半径的大小影响,当隧道转弯半径大于1000米后,曲线隧道与直线隧道地层损失引起地表沉降值变化较小,而当隧道转弯半径小于300米时,此时地表沉降值对隧道转弯半径的敏感性较高,文章建立的计算模型可以很好的体现出小转弯半径隧道引起的地表沉降值的影响程度更大;通过将两种不同地层损失模型引起的地表变形与实际工程进行比较分析,验证了文章建立的计算模型与实际数据更接近,误差更小,显示该模型能够较好地反映实际情况,研究成果为曲线盾构隧道掘进引起地表沉降分析和预测提供参考。