隧道渗漏水分布及控制方法研究综述

近年来我国地铁建设蓬勃发展,但随之而来的是盾构隧道渗漏水问题。渗漏水会导致隧道不均匀沉降,从而又加剧渗漏水的发生,如不加以干预,将形成恶性循环,危及盾构隧道的结构和运营安全。根据现有研究成果,归纳了不同的盾构隧道渗漏水检测方法,分析了盾构隧道渗漏水的分布规律,从管片自防水、接缝防水、注浆防水这三个方面分析了渗漏水的控制方法。最后提出了现有研究的不足之处,对未来盾构隧道渗漏水的研究方向提供了一些建议。     

软土地层盾构隧道渗漏水量与沉降关系的模拟分析

上海地区的隧道多处于饱和含水的软土地层,施工方法以盾构法为主。隧道的渗漏水往往是引发隧道沉降的主要原因,本文主要从盾构隧道的特点分析了渗漏水的原因,并通过有限元模拟计算,对比分析了渗漏水量对沉降的影响,同时研究了隧道长期沉降的变化规律,为上海地区盾构隧道的施工和防水提供了一定的参考。     

近距离三线并行盾构隧道施工实测分析

针对上海某地铁近距离三线并行盾构区间隧道的施工影响进行现场监测分析研究.总结归纳盾构施,工对周围深层土体水平位移、深层土体沉降、孔隙水压力的基本影响规律.根据已建隧道的位移、沉降历时曲线和收敛特性,得出了盾构推进对近距离并行已建隧道的施工影响特点.研究结果可为后续类似工程的设计与施工积累经验.     

软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟

针对软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移及其预测控制问题,采用FEM仿真模拟分析研究。结果表明：急曲线盾构隧道施工工程中,盾构进入及离开曲线段时土体施工扰动位移显著增大,与直线盾构隧道施工相比,曲线盾构尤其应注意扰动位移的变化特征;土体损失率对急曲线盾构隧道施工扰动位移影响显著,施工过程总体峰值位移与土体损失率呈幂指数非线性关系;隧道顶板土体沉降与注浆压力呈反比例线性关系,在合理范围内增大注浆压力对抑制隧道顶板沉降乃至上覆土体沉降有显著作用。     

基于FLAC 3D地铁盾构施工地层竖向变形研究

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。为了预测盾构施工地铁隧道时隧道地层变形情况,采用FLAC3D岩土模拟软件对地铁穿越富水砂卵石地层进行模拟分析,可对类似工程有所助益。     

双圆盾构隧道土体地表沉降特性

介绍了双圆盾构隧道这种新型隧道形式,与圆形盾构隧道相比,双圆盾构隧道具有占用地下空间小、施工效率高、掘削土量少等优点,但双圆盾构隧道引起的土体位移相对较大,影响范围也比较广。基于双圆盾构隧道的施工特点,通过计算圆形盾构的土体地表沉降,运用土体位移叠加法,研究了双圆盾构隧道引起的土体地表沉降的特性,建立了双圆盾构隧道直径、埋深和地层损失等因素与土体地表沉降的关系。结果表明:双圆盾构隧道的地表沉降槽的形态与圆形盾构隧道相似;双圆盾构隧道的地表沉降量大,影响范围广;双圆盾构隧道的地表沉降与埋深和直径之比有关。     

重叠盾构施工引起土体变形的随机介质理论计算

对现有的随机介质理论进行拓展,引入适用范围更广的沉降槽宽度系数取值方法,通过对上线和下线盾构隧道分别计算再叠加的方法,建立重叠盾构隧道施工引起的土体变形计算方法,可以计算地表沉降、深层土体沉降和水平位移,将实测数据与计算结果进行对比。结果表明文中方法计算结果与实测数据比较吻合,具有可靠性;重叠盾构隧道施工引起的地表沉降呈V形;重叠盾构隧道施工引起的土体变形都在隧道轴线处达到最大值;随着深度增加,在隧道上方处的土体变形增大;盾构机在离开开挖面1.5倍上线隧道埋深后,沉降基本稳定,离开开挖面2倍上线隧道埋深后沉降不再增加;由于重叠盾构隧道上下线隧道埋深不同,两条隧道的关键参数取值也不同。     

富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道地表沉降因素分析

本文以广州轨道交通十四号线一期工程为背景,进行富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道地表沉降因素分析。利用限元软件MidasNX建立盾构隧道开挖三维有限元模型,模型中综合考虑土体分层、土体的非线性、盾构的顶推力、盾构管片、盾构壁厚等因素,对盾构隧道开挖过程进行了数值模拟,研究盾构隧道施工对地表变形的影响,并对不同覆土厚度、注浆压力、注浆层厚度、掘进压力等主要施工因素进行了模拟分析,探讨了在富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道中,以上因素与地表沉降变形关联的规律和原因,旨在起到优化设计、指导施工的作用。     

基于人工神经网络的盾构隧道施工期地表沉降预测方法

盾构隧道施工过程中会引起周边土体的扰动,导致隧道周边的土层发生变形,地表发生沉降,对周边临近建筑物基础产生不利的影响。为了研究盾构施工引起的地表沉降,文中基于光纤传感技术对盾构施工期的地表沉降进行实时监测,得到地表沉降规律,提出基于人工神经网络的方法进行沉降预测,预测结果具有较高的精度。研究表明文中所提出的基于实测数据的土体沉降预测方法可以为盾构施工过程中土体的变形控制提供有价值的参考。     

平行隧道盾构施工对土体变形的影响分析

采用有限差分软件FLAC^3D,建立盾构隧道的三维数值模型,研究平行盾构隧道施工引起的地表沉降和土体水平变形规律。比较了单、双孔隧道施工地表沉降的特点,分析了平行盾构隧道施工的同步性、掌子面距离、注浆时间和土舱压力等对土体变形的影响,研究结果对实际工程具有一定的参考意义。     

考虑管片接头渗流的盾构隧道流固耦合模型研究

管片接头是盾构隧道衬砌的渗漏水多发区域,长期渗流导致荷载分布和受力模式变化,危及结构安全。针对现有研究难以对接头渗漏下盾构隧道力学特性准确模拟的现状,提出一种新的模拟分析思路,基于开发的接头联接单元模拟盾构衬砌接头位置的力学变形响应,采用有限元软件二次开发数值实现接头渗流,要点在于密封垫张开引起的接触应力和外水压力动态变化的迭代分析,进而建立管片接头渗流下的盾构隧道流固耦合数值模型。结合上海地铁盾构隧道工程实例,对不同接头渗流、渗流量、接头刚度和防水性能等因素影响下的隧道力学变形机理和地表沉降规律进行分析。研究发现：管片接头位置与渗流量对于衬砌结构的内力存在一定影响,具体表现为弯矩明显增加而轴力略微减小,拱腰接头发生渗流对结构内力的影响最大。隧道结构的变形随着渗流量的增加而增加,且基本呈正比关系;拱腰、拱底和拱顶接头发生渗流时对结构侧向移动和变形的影响依次减小。隧道结构和地表沉降随着管片接头渗流量增加而增加,且基本呈正比关系;拱顶接头发生渗流时,地表沉降最大但隧道沉降最小;拱底接头发生渗流时,地表沉降最小但隧道沉降最大。研究成果对完善盾构隧道流固耦合分析模型有一定参考价值。     

考虑盾构隧道渗水的富水软弱#br# 地层地表长期沉降计算研究

富水软弱地层中盾构隧道渗水的情况时有发生,对盾构施工引起超孔隙水压力的消散造成影响。在地表长期沉降的计算中,隧道渗水的工况是不容忽视的。对此,以富水软弱地层盾构隧道渗水为背景,将超孔隙水压力的消散视为地下水向低水头位置和向隧道渗流共同作用的结果,在前人研究的基础上推导了长期沉降计算式。针对3个实际工程,采用提出的计算方法与不考虑隧道渗水的方法、实测结果进行对比,结果表明：对于黏土占比较高的地层,不考虑隧道渗水的方法计算结果偏小,与实测值存在一定的偏差;隧道渗水量越大,引起的地表沉降量越大;考虑隧道渗水可有效提高长期沉降的计算精度,验证了所提计算方法的可靠性。     

相邻线路盾构施工对既有隧道的影响

 在刚度迁移原理的基础上,提出求解各施工步影响的沉降差值法,由单步增量求得相邻线路盾构施工对既有隧道影响全量。对某市地铁隧道的后施工线路盾构推进过程进行仿真计算,发现后施工隧道所产生之塌落拱拱脚作用在临近既有隧道斜上方这一受力机制,得到单施工步引起的既有线路管片最大环向拉应力值为0.13 MPa,最大累积附加拉应力为0.857 MPa;结合对考虑拼接缝的既有隧道管片受力状态的分析,找到裂缝隔片产生在连接块上的重要内在原因。研究成果丰富了模拟相邻巷道施工影响的仿真计算方法,并对城市地铁隧道等类似工程在设计和施工中预防裂缝出现具有一定的指导意义。     

地下水对软土盾构隧道施工的影响规律分析

潜水和承压水是地铁软土区间盾构隧道施工过程中的主要危险源,为研究潜水水位变化和承压水水压变化对区间隧道施工的影响,采用FLAC3D软件,选用修正剑桥模型,对不同潜水水位和承压水头作用下盾构隧道的地表沉降、衬砌内力等进行分析。研究结果表明,当隧道洞身全部位于地下水中时:(1)潜水条件下,考虑渗流时地表最大沉降量比不考虑渗流时增大约50%;盾构隧道最大地表沉降与潜水水位呈线性关系;(2)承压水条件下,考虑渗流时地表最大沉降量比不考虑渗流时增大约10%,盾构隧道最大地表沉降与承压水头不成线性关系,随着承压水头的增大,地表最大沉降的增长速率越来越大;(3)潜水水位从-6.8 m变化到-2.8 m及承压水头从8 m变化到12 m的过程中,隧道衬砌管片弯矩和轴力随着潜水水位的升高或承压水头的增大而逐渐减小。     

局部渗水条件下深埋盾构隧道松动土压力计算模型研究

对于越江海或富水地区的深埋盾构隧道而言,长期使用过程中管片衬砌局部渗水的情况时有发生,但现有的松动土压力计算理论很少考虑局部渗水的影响。对此,以管片接缝渗水为背景,基于前人的研究进行了地层渗流场解析;以Terzaghi土拱效应分析模型为基础,考虑深埋盾构隧道的松动区形状特性和地层渗流效应,提出了局部渗水条件下深埋盾构隧道松动土压力计算模型,分析了关键参数对计算结果的影响,并与有限差分软件FLAC的模拟结果进行了对比验证。研究结果表明：渗水接缝位置离隧道拱顶越远,隧道顶部的松动土压力越大;地表水位线越高,接缝渗水对土拱的削弱效应越强;隧道顶部的松动土压力随着接缝渗水量的增加而增加;地层渗透系数越大,隧道顶部的松动土压力越小;相较于水土合算的方式,水土分算的结果中土拱效应更强;模型计算结果与FLAC模拟结果吻合良好,验证了模型的有效性。     

隧道渗漏水的治理

渗漏是隧道常见病害,可使隧道环境恶化,影响隧道内器材的性能,增加隧道维修费用,严重时影响隧道功能的正常发挥。通过分析造成隧道渗漏水的原因,总结了切实可行的治理措施,达到了防治隧道渗漏的目的。     

杭州庆春路过江隧道施工风险控制实例分析

 介绍杭州庆春路过江隧道施工过程中的风险控制,分析盾构出洞时洞门涌泥水及加固区土体坍塌的原因、规避及处理措施;分析两线盾构先后穿越钱塘江大堤时大堤沉降明显不同的原因,结合工程实践提出泥水盾构过堤控制沉降的措施;分析工程中盾尾密封失效的原因,并介绍在江底高承压水地层中采用液氮冻结封堵地下水和修复盾尾刷的方法。工程实践表明,良好的洞门密封可以避免洞门涌水和加固区土体坍塌;持续降雨和泥水压力的剧烈波动会加剧大堤的沉降,而通过优化盾构掘进参数,可以降低盾构施工对大堤的扰动;液氮冻结法可以安全地封堵地下水,更换第一道尾刷并且增设一道尾刷的方案可以成功地消除盾尾漏浆涌水的风险。     

软土地铁隧道纵向不均匀沉降导致的管片接头环缝开裂研究

地铁通车运行后,会因多种原因产生盾构隧道纵向不均匀沉降,诸如列车振动、渗漏、土体不均匀性等。隧道纵向过大,不均匀沉降会严重影响地铁的运行安全。基于某地铁隧道的纵向沉降实测数据,分析了纵向沉降对隧道结构安全性的影响。首先用抛物线分段模拟了隧道的纵向变形,得出了隧道纵向变形曲率;然后以等效轴向刚度模型为基础,建立了隧道纵向变形曲率与隧道管片接头环缝张开量之间的关系。通过对计算结果的分析,可较全面地了解整个隧道的纵向沉降以及隧道管片环缝张开量的现状,从而为软土隧道的运营阶段维护、改善结构和防水设计、施工方法等提供依据。     

Long-term settlement behavior of ground around shield tunnel due to leakage of water in soft deposit of Shanghai

The lining of shield tunnel is usually composed of segments, in which the joints, cracks, and the grouting holes (hereafter called lining deficit) exist. During the long-term running, soils and groundwater may leak from these kinds of lining deficit. The leaking of soil and groundwater causes the long-term ground loss around tunnel and thus results in the settlement of ground surface. This paper aims to analyze the impact of the leakage of groundwater through segments on the long-term settlement of ground surface. The adopted analytical method is based on the theory of groundwater seepage by using numerical simulation. The analyzed results show that settlement of ground surface increases gradually with the increase of the leaked volume of tunnel segments. When the leaked volume was unevenly distributed, differential settlement occurred locally. Comparative analysis by changing the leaked volume was conducted. The results reveal that there is a linear relationship between settlement and leaked volume when the leaked volume was controlled within the allowable limit.