类矩形盾构施工引起地下管线竖向位移计算方法研究

为研究类矩形盾构不同施工工况引起的土体沉降,基于随机介质理论推导得到不同工况下的深层土体沉降公式,建立能量变分法控制方程,得到4种典型工况下类矩形盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法。通过算例对比分析4种工况下管线竖向位移的分布规律,验证了结果的正确性,并分析了管线埋深、土质条件和管线材质对管线竖向位移的影响。研究结果表明:该研究方法计算所得管线的竖向位移呈现正态分布;旋转工况下管线竖向位移关于隧道中轴线呈不对称分布,管线竖向位移在盾构下沉侧比上浮侧变化快;土质条件和管线材质对管线的竖向位移有较大影响,管线埋深对管线竖向位移的影响则相对较小。     

软土地区盾构区间下穿既有线工程专项监测分析

通过对软土地区新建轨道交通隧道下穿某既有线工程施工监测过程及相关数据的详细分析研究,发现受盾构施工影响既有线结构竖向位移变化规律与土体地表竖向位移变化规律相似,地表、既有隧道结构施工后沉降变形量显著大于推进过程中变形量,表明盾构穿越对既有线的风险影响范围主要在隧道投影区域.同时,研究分析上述结果产生的可能原因,并针对控...     

竖向顶管室内模型试验装置的设计和试验

竖向顶管施工技术是应用于地下综合管廊里竖井建设的一项全新的施工方法,但该方法的研究仍处于起步阶段,现阶段对该项工艺的研究较少。文中介绍了竖向顶管室内模型试验装置的设计和试验,对竖向顶管整体系统、试验加载装置系统、试验数据量测系统进行设计,并介绍具体试验步骤,较好地对真实工况进行模拟。该装置通过竖向顶管顶升过程中对水平隧道内侧应变、地表土体位移、顶管顶部土压力等数据进行测量,可观测竖向顶管施工对周边环境的影响。为该项技术未来的发展与设计提供参考和借鉴。     

竖向顶管施工对周围环境影响的数值模拟

研究综合管廊内向上顶进的竖向顶管施工对综合管廊及周围土体的影响。建立垂直向上顶进竖向顶管的三维有限元模型,考虑顶进距离、综合管廊埋置深度、土质条件的变化,分析竖向顶管施工对综合管廊及周围土体的受力和变形影响规律。研究结果表明,竖向顶管向上顶进距离越大,周围土体的变形越大,但最大地表沉降小于1mm,综合管廊的最大第一主应力也增大;随着作用在管廊内部找平层上的竖向荷载的增大,管廊最大剪应变减小;管廊埋深越大,土质条件越差,周围土体及综合管廊的受力和变形均越大。向上顶进竖向顶管施工方法对周围环境影响较小,具有较好的施工效益。     

考虑水平及竖向地震影响的盾构隧道动力分析及Pushover方法研究北大核心

为了研究竖向地震对盾构隧道的影响,并得到考虑竖向地震影响的简化静力计算方法,基于静动力统一粘弹性人工边界单元,分别建立了包含周围地基土-盾构隧道结构体系的二维非线性有限元动力和静力模型,研究了地铁隧道结构的地震反应特性,对比了仅考虑水平地震和同时考虑竖向地震输入情况下,盾构隧道的动力反应,分析了竖向地震对盾构隧道的动力性能的影响,可以看出,竖向地震对地下盾构隧道影响较大,应考虑竖向地震影响,并提出一些抗震措施建议.通过静力计算模型,基于一维动力模型输入水平地震和竖向地震波作用,获得土层的分布形式,得到一维场地反应计算目标位移,研究了考虑水平及竖向输入的静力推倒的弹塑性方法(Pushover分析)的加载模式,并采用竖向均布的体力模拟竖向地震动,与动力时程计算结果进行对比研究,讨论了考虑竖向Pushover方法的适用性,提出了考虑竖向地震荷载的静力简化方法,采用倾斜度作为抗震性能指标,并讨论了隧道结构的地震破坏准则。     

大断面顶管通道近接穿越下覆既有地铁隧道数值模拟与现场试验

南京某地下步行通道采用非开挖顶管法施工,顶管近距离穿越既有地铁区间隧道及城市主干道。为了保证隧道及主干道安全,施工前建立三维有限元计算模型,模拟施工全过程,预测施工可能引起的隧道及地表变形。根据数值模拟结果提出针对性控制措施,并制定合理的监测方案,分别对隧道竖向位移、水平位移、径向收敛和地表隆沉进行监测。基于监测数据分析隧道及地表变形规律,明确顶管施工期间隧道及地表变形的3个不同发展阶段。研究表明:隧道竖向位移主要表现为隆起,由通道内出土卸荷所引起,工作井基坑开挖对其影响几乎可以忽略;顶管施工过程中,下覆隧道竖向位移先后经历了初始下沉、隆起增强和隆起稳定3个阶段,地表竖向位移先后经历了隆起增强、隆起减弱和沉降3个阶段;同一监测断面内,地表最大沉降位于通道中心轴线上方,距离通道越远沉降越小;采用微欠挖工艺有效控制了隧道最终隆起和地表最终沉降。     

市政桥梁隧道施工中盾构顶管施工技术研究

盾构顶管施工作为市政桥梁隧道工程中一个重要施工项目,其施工质量直接关系到整个工程质量,现行技术存在较大的优化空间,无法保证施工质量,地表沉降与隆起变形严重,因此,本文采用明挖法对市政桥梁隧道施工中盾构顶管施工技术进行研究,通过对进出洞口加固及止水、盾构顶管体安装、盾构顶进作业、矩形管节同步支护四个施工环节进行分析,提出盾构顶管优化施工技术。研究结果表明：设计技术使不同测点的地表沉降、管节接头沉降低于最大允许沉降限值,并且地表隆起量也低于最大允许沉降限值,符合相关规范要求,证明设计技术具有较好的施工效果,在市政桥梁隧道施工中盾构顶管施工方面具有良好的应用前景。     

污水干管顶管法施工对近接地铁隧道影响分析

结合杭州临平污水总管上跨既有盾构隧道工程,通过理论计算及三维有限元数值模拟计算,分析了顶管施工过程中对既有盾构隧道及地表的影响,结果表明,上跨顶管施工后,盾构顶部最大上浮位移为5.267 mm,地表最大隆起位移为1.8 mm,附加弯矩为1.6 kN·m,说明上跨顶管施工引起既有盾构隧道的变形及附加内力处于可控范围,并在此基础上,结合工程实际提出了相应控制措施.     

盾构小角度下穿扶壁式挡土墙的影响分析

以北京市北五环某盾构隧道小角度下穿扶壁式挡土墙工程为背景,借助FLAC3D数值分析手段,考虑挡土墙与盾构隧道水平位置的不同,分别计算分析隧道在扶壁式挡土墙正下方13.5 m处施工、向墙后填土方向移动13.5 m处施工、远离填土方向移动13.5 m处施工造成的影响。结果表明:当隧道在扶壁式挡土墙正下方小角度穿越施工时,挡土墙竖向位移及倾斜率均最大,挡土墙向x轴负方向发生倾斜;当隧道向墙后填土方向移动13.5 m后施工时,挡土墙竖向位移减少,倾斜率略变小,但倾斜方向由x轴负方向变成正方向;当隧道向远离填土方向移动13.5 m后施工时,挡土墙竖向位移及倾斜率均减小,倾斜方向不变。该研究成果可为类似工程的设计选线及施工监测提供一定参考。     

朝上盾构施工引起土体变形的数值模拟研究

朝上掘进盾构机从水平隧道始发向上掘进过程中,会导致周边土体变形。采用三维有限元模拟软件MIDAS GTS NX对过程进行建模,利用网格激活钝化、改变网格参数与属性的方法,模拟朝上掘进盾构施工的实际过程,得到隧道周边土体的变形规律,研究不同竖向隧道长度、不同朝上盾构掘进速度等因素对土体变形造成的影响。研究结果表明,在朝上掘进盾构的掘进过程中,地表土体离竖井中心点距离越近,其沉降呈现出先增加后减少,甚至隆起的情况,水平位移相比于竖向位移改变量较小;竖向隧道长度越长,土体及水平隧道因盾构向上掘进产生的扰动就越大;而施工时朝上盾构掘进速度越慢,对于土体的竖向扰动影响就越小。     

考虑多因素的类矩形盾构施工引起土体竖向位移研究

基于Mindlin位移解和随机介质理论,考虑正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力、附加注浆压力和土体损失,研究类矩形盾构施工引起的土体竖向位移及各因素的影响。研究土体损失的过程中引入了开挖面收敛模式参数α和纵向损失率修正公式。研究结果表明:考虑多因素的土体竖向位移预测值与实测值较吻合,能反映出纵向地表沉降曲线在开挖面附近及后方地表出现隆起和沉降逐渐发展的过程;随着深度的增加土体沉降值增大;隧道轴线两侧的土体沉降增量要大于轴线正上方,沉降曲线呈W型。该方法也可以用于分析土仓压力不均的工况,此时开挖面前方的沉降曲线不再对称;正面附加压力减小,开挖面前方地表沉降值增加,反之,沉降值减小。     

矩形顶管施工引起的地面沉降变形研究

以南宁市轨道交通1号线南湖站Ⅰ号过街通道顶管工程为背景,分别考虑顶管机及后续管节对土体的作用力引起开挖面周围土体的施工时变形、土体损失引起地面永久沉降、注浆对土体损失补偿引起的地面抬升、地层中超孔隙水压力消散发生失水固结效应引起的工后沉降等因素,揭示了在注浆压力作用下矩形顶管隧道周围土体的变形模式,推导了由注浆填充引起的土体竖向变形计算方法,给出了扰动范围土体内超孔隙水消散引起的工后固结沉降的计算公式。运用Mindlin弹性理论解、随机介质理论、分层总和法分别对该工程由土体应力状态变化、地层损失、注浆填充和失水固结4个方面引起的地面变形进行计算,根据计算结果与实测数据的对比分析,对矩形顶管施工扰动引起的地表沉降变形特性进行系统研究,叠加后的计算结果与实测数据变化规律基本一致,且数值吻合较好。     

砂性土层大直径浅埋隧道掘进试验及离散元模拟

隧道断面的增大致使盾构施工的风险增大,尤其是高水压砂性土层,大直径浅埋隧道盾构对周边岩土体的扰动以及土层变形的影响是目前需要研究的新课题。本文以武汉地铁7号线大直径越江隧道段为工程背景,建立了大直径浅埋隧道盾构掘进室内缩尺试验模型,采用螺旋出土盾构设备(包含螺旋杆、螺旋出土器及套筒),以恒定的推进速率进行了隧道掘进,并且对地表沉降进行了监控。同时,本文建立了同尺寸的浅埋隧道盾构掘进离散元模型,对盾构掘进过程中地表沉降、开挖面前方土层中颗粒配位数以及黏结破裂区域进行了分析研究,并与室内试验结果进行了对比分析。结果表明:地表竖向位移与室内试验结果吻合度较高,盾构掘进地表各点处的沉降均随着掘进距离的增大而增大;盾构掘进影响区域主要分布在隧道顶部至地表、一定范围内的周边土体以及开挖面前方一定范围内的盾构区域;颗粒接触点处的黏结破裂区域主要分布在盾构区域和隧道顶部区域。     

Construction of a large-section long pedestrian underpass using pipe jacking in muddy silty clay: A case study

This paper presents a case study of constructing a large-section long pedestrian underpass using pipe jacking method in Nanjing, China. The underpass, having a width of 7 m and a height of 4.3 m, was jacked 94.5 m in muddy silty clay under a busy roadway with 6.2 m overburden soil, meanwhile it traverses above the existed shield metro tunnels with just 4.5 m from the underpass bottom to tunnel vault. This paper introduced the design and construction schemes of this project in detail. A pre-construction three dimensional numerical simulation was conducted to investigate the responses of the roadway and metro tunnels to pipe jacking construction. Based on the simulation results, the field monitoring program was proposed, and the tunnels deformation and ground settlement were constantly monitored. The field performances of the metro tunnels and roadway were analyzed according to the monitoring data. In the jacking process, the micro-underbreak method was adopted. In order to decrease the tunnels uplift and ground settlement, the actual volume of soil conveyed out from soil chamber to ground surface was kept 95–98% of theoretical soil volume cut by cutter head. In general, this project is completed successfully without taking any additional time and money-consuming deformation control measures. The ground traffic and underneath metro runs well during the whole construction process.     

盾构法施工对近距离侧穿桥梁桩基的影响分析

盾构法施工地铁隧道近距离侧穿高速公路桥梁桩基时,引起地层移动和应力调整,导致桩基位移和内力发生变化,给上部结构带来安全隐患。以杭州地铁3号线工大站—留和站盾构区间双线施工为依托,运用三维有限元软件模拟盾构开挖施工的全过程,研究开挖过程对地层沉降及邻近桥梁桩基影响规律。结果表明,先行隧道开挖导致地表形成沉降槽,后行隧道开挖沉降曲线向后行线扩展;桩基竖向呈现刚体位移,单线开挖时在横向(Y方向)上嵌入土体桩基上半部分向隧道内倾移,下半部分背离隧道方向倾移,在纵向(X方向)上桩基呈现拱形弯曲,双线开挖时桩基横向位移发生反向叠加效应,导致最终横向位移基本接近初始状态,纵向上弯曲位移发生正向叠加效应;双线隧道先后开挖使桩基产生附加摩阻力和附加轴力,在隧道顶面分界线以上桩基总侧摩阻力较初始状态不断减小,分界线以下增加,位于-2.5 m以上桩基轴力较初始状态减小,以下增加;单线开挖时桩基弯矩变化明显,双线开挖弯矩出现反向叠加效果,基本保持初始状态。     

近接小半径曲线顶管施工扰动数值研究

近接小半径曲线顶管工程中,顶管之间的相互扰动以及顶管施工对周围环境的影响等成为施工过程中必须关注的问题。港珠澳珠海侧接线工程拱北隧道开挖断面大(约328 m2),地质条件复杂,设计拟在隧道周边进行超前大顶管预支护。以该工程为基础,利用数值方法,对近接小半径曲线顶管的施工过程进行了数值模拟研究。研究结果表明:1)随着掘进环数的增加,各监测点的地层隆起量逐渐增大,且顶管掌子面距离监测断面越近,地层隆起变形越明显;2)后续顶管顶进初期,会引起前方邻接顶管正上方土体呈下沉趋势,而在后续顶管上方地层监测点的隆起量有所增加;随着后续顶管继续顶进,监测断面处各点的最大隆起量呈向右偏移态势,且其上方的地层隆起量大于先行顶管上方的土体;待后续顶管通过监测断面后,顶管上方的地层出现了一定的下沉;3)由于先行顶管施工完毕后,取消了推顶力,土体有一定的回弹,抵消了部分后续顶管接触面法向上抗力的作用效果,后续顶管施工对先行顶管施工在横向的影响不明显。     

土压平衡盾构掘进对上软下硬地层扰动研究

 采用Ф800 mm模型盾构开展室内掘进试验以研究土压盾构掘进对上软下硬地层的扰动特征,试验充分考虑土压盾构动态施工全过程的影响。建立与室内掘进试验对应的离散元模型定量分析软土超挖现象并挖掘其他地层扰动信息。研究结果表明：土压盾构在硬岩地层中掘进时地表沉降曲面呈现向软土侧展开的“扇面”状;进入上软下硬地层后地表沉降值与范围均急剧增加,沉降曲面呈现自上而下逐渐收缩的“漏斗”状,硬岩侧收缩速度快于软土侧;上软下硬地层地表位移小于均质软土地层,而地中沉降显著大于后者;上软下硬地层地中沉降槽宽度参数沿深度方向呈指数增加,硬岩占断面比例越小,地中沉降槽宽度参数越大。相同埋深条件下,上软下硬地层地中沉降槽宽度参数小于均质软土地层。硬岩占断面比例越大,渣土中砂土所占比例与相应理论值差异越明显。地表水平位移在竖向沉降槽曲线反弯点处最大。研究可为土压盾构在上软下硬地层施工提供参考。     

平行顶管施工引起的地面变形实测分析

对海相沉积的欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析,提出地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法。研究结果表明,水平平行顶管施工时中间区域受到双重扰动,产生的地面沉降较大。由于先建顶管施工对周围土体产生的扰动会使后建顶管施工时产生的扰动加剧,在同样条件下,后建顶管引起的最大地面沉降值与沉降槽宽度都要大于先建顶管。平行顶管施工产生的地面沉降主要由土体损失、受扰动土体再固结和次固结引起,土体受扰动后产生的超孔隙水压力是导致工后沉降的原因,在欠固结土中工后沉降与时间基本成对数关系。     

地铁盾构隧道穿越桩基建筑物的安全，陛分析

在地铁建设过程中,不可避免地会对周边环境产生影响。特别是当地铁区间盾构隧道上部存在既有建筑物时,必须考虑盾构隧道施工对上部建筑物的影响,包括地表沉降、桩基承栽性状的改变等。本文以地铁盾构穿越某九层住宅楼安全性评估为例,利用工程分析方法和有限元分析法,针对隧道盾构施工通过该住宅楼时,桩体的承载力和竖直位移、水平位移以及地表的沉降进行分析,探讨盾构截桩施工的安全性。