富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

填海区地铁盾构隧道下穿公路施工地层沉降规律的数值模拟

以深圳地铁2号线盾构隧道下穿填海区滨海大道公路为背景,利用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,研究在隧道施工扰动下,地表的横向沉降和纵向沉降、地层的水平位移和分层沉降的变形规律.仿真计算结果表明:在隧道横断面方向上地表沉降近似呈正态分布,在纵断面方向上地表沉降槽宽度约为15.0 m;距隧道开挖面越近,地层水平位移受车辆荷载和隧道开挖扰动越大;在车辆荷载作用区域,地表沉降和地层水平位移均大于非车辆荷载作用区域,地层的分层沉降和沉降槽宽度均随着地层埋深增加而减小,地层的上部沉降普遍大于下部;在非车辆荷载作用区域,隧道中心线上方的土体沉降随着地层埋深的增加而增加.     

基于Peck公式的盾构隧道施工引起的地层三维沉降预测

盾构隧道施工会诱发地层沉降,合理地预测地层沉降对于保护邻近地下结构具有重要意义。首先,通过分析地表与地表以下深层土体的沉降规律,建立二者之间的联系;然后,基于Peck公式,通过引入不同种类土体的参数a,掌子面地表位移释放率η以及地表纵向沉降最大斜率k,提出不同种类土体中单、双洞盾构隧道施工诱发地层三维沉降的计算公式;最后,利用工程实测数据进行了对比验证,并对相关参数影响规律进行了简要分析。研究结果表明:本文方法与实测数据吻合良好,验证了该方法的准确性和适用性;合理的控制先、后行隧道开挖距离可以有效地减小掌子面土体沉降;地层沉降槽形态变化系数C(z)可以较好地预测双洞隧道开挖时任一深度土体沉降槽的形态。文末通过对大量实测数据分析,给出了相关参数的取值范围,可为无工程经验地区提供参考。     

地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析

以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景,考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序,运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟,并与现场测量数据进行对比分析.结果表明:先施工的右线隧道掘进完成后,隧道上方各层土体越靠近地表,盾构施工引起的地层竖向变形越小,而地层的沉降槽宽度越大,地表沉降槽宽度系数为0.56;近距离双隧道同向先后开挖时,土体相互扰动,地层距离隧道轴线的高度越小,地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显,岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别;两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形,此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用,易出现裂缝,故在施工中应做好切实的防护措施;监测结果验证了数值模拟方法的正确性,在盾构掌子面距离监测点12 m范围内,地表沉降发展得较快.     

盾构开挖引起的地层位移空间分布预测模型

研究目的:盾构施工引起地层位移是城市地铁建设中不可忽略的问题。目前,大多数沉降预测方法是针对地表的,缺乏对地层位移空间分布的具体研究。基于此,本文以北京地铁14号线为工程背景,采用数值分析手段研究地层内部沉降及其影响范围与地表的联系,提出一种基于地层位移沿横向和纵向分布公式相结合的空间分布预测方法,并与现场实测进行对比验证。研究结论:(1)盾构前后地层任意横剖面的地表沉降槽宽度系数与其最终值基本一致;(2)地表及地层内部沉降槽都呈现正态分布形式,随着埋深增加,沉降槽最大值呈现幂函数的非线性增长规律,沉降槽宽度系数呈现幂函数形式的非线性减小趋势;(3)任一点的地层位移与地表最终沉降值、沉降槽宽度系数、地层损失率等有关;(4)该研究成果可为类似地质条件盾构施工引起地层位移的空间预测提供理论依据。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

管线渗水条件下隧道施工诱发地层变位研究

研究目的:管线渗漏水是诱发地铁隧道施工风险的重要原因之一。目前,关于在渗漏水条件下隧道开挖引起的地层变位研究相对较少。基于此,本文对管线渗漏水条件下砂土地区隧道施工引起的地层变位进行室内模型试验,研究不同渗漏水范围条件下隧道开挖引起土体损失产生的地层变位规律。研究结论:(1)渗漏水范围会显著影响地层沉降量,随管线渗漏水量的增加,地层变位表现为先减小后增大的趋势,地表最大沉降值整体呈二次函数形式增长;(2)随着隧道开挖面的推进,沿地层深度各点的位移时程曲线沉降速度均逐渐增加,并随着开挖面的远离,沉降速度逐渐减小,当达到2D(2倍洞径)后基本趋于稳定,但与无渗漏水时沿地层深度各点的位移时程曲线最大沉降速度出现在监测断面正下方不同,当出现大范围渗漏时,曲线的最大沉降速度出现在监测断面前方0.75D处,即含水土体与干砂交界面处;(3)根据试验结果,修正了渗漏水条件下隧道开挖诱发地层变位的沉降槽宽度系数计算公式,并建立了任意深度处地层损失的计算方法,可为实际工程提供理论支持。     

盾构施工引起地层损失率变化特征

城市地铁盾构法施工对周围土体产生扰动引起地表位移是施工中必须重视的问题。当盾构隧道下穿既有隧道或管线等构筑物时,地层位移不可忽略。以北京地铁14号线方-十区间为背景,采用地层分层位移监测技术体系,通过多元回归分析和坐标转换等方法监测得到某一位置不同深度测点地层位移,研究不同深度地层的竖向位移分布特征以及随盾构推进的动态变化规律,并结合数值模拟进行对比分析。结果表明：地表和不同深度地层都呈现明显正态分布的沉降槽特征,沉降槽最大沉降值从拱顶传至地表过程中逐渐衰减且变形影响范围不断向两侧扩展,埋深较小的沉降槽宽而浅,埋深较大的沉降槽窄而深。实测结果及数值模拟均揭示了盾体通过阶段和盾尾脱出后阶段占有最终沉降较大比例,这为有效充填开挖间隙以及加强盾尾空隙注浆效果以有效控制地层位移提供理论支撑及指导意义。     

类矩形盾构穿越既有隧道引起土体沉降的模型试验研究

类矩形盾构邻近既有隧道施工的土体变形控制是今后隧道工程要面对的难题,但目前该方面的研究较少。通过开展室内缩尺寸模型试验模拟类矩形盾构邻近既有隧道施工,探究了新旧隧道不同间距以及正交、斜交、重叠、夹穿等工况下由于土体损失导致的地表和深层土体纵向变形情况;对Peck公式进行了拓展,将无既有隧道沉降值与既有隧道造成土体二次扰动沉降值叠加得到适用于类矩形盾构穿越既有隧道的地表沉降计算方法。研究结果表明：随着新建隧道的施工,地表沉降逐渐增大,最后趋于稳定;地表沉降与深层土体沉降趋势基本一致,深层土体沉降值大于地表沉降;相比正交、斜交工况,重叠工况对地表沉降影响最大,其最大沉降值比其余2组最大沉降值大1倍;斜交工况与正交工况地表沉降最大值基本相同,但斜交工况沉降槽形状为W形,正交为V形,斜交工况沉降槽宽度大于正交工况,说明对土体的影响范围更大;重叠工况由于隧道自重造成的地表沉降的效果远比遮拦效应大;对比并择优了能够计算类矩形盾构施工造成的沉降槽宽度的方法,理论计算结果与实测数据基本吻合;Peck公式适用于既有隧道造成土体二次扰动的地表沉降计算。     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

成都砂卵石地层双线隧道Peck公式参数取值研究

基于成都地铁开挖引起地表沉降的大量实测数据,结合成都市砂卵石地层性质,在正常盾构工况下,运用Peck公式对各典型断面实测数据进行位移反分析,得出沉降槽宽度系数i和地层损失率η。深入分析公式中沉降槽宽度i,地层损失率η与隧道埋深及地层物理力学性质相关性,并得出适应于该地层下的Peck公式参数与隧道埋深及地层性质的关系公式和Peck公式参数取值范围。运用沉降叠加原理,建立正常工况下,砂卵石地层双线平行盾构开挖地表沉降预测公式,并与成都其它砂卵石区域盾构开挖地表沉降实测数据进行比较,通过实例验证其适用性。研究结果可为今后成都市及其它地区相似地层下地铁建设提供参考和依据。     

新建铁路隧道下穿既有铁路施工引起的地表沉降控制标准研究

新建铁路隧道下穿既有铁路施工时引起地表沉降,这时对既有铁路运营安全的影响主要受控于轨道的前后高低差.采用ANSYS二维有限元方法,对新建铁路隧道下穿既有铁路工程建立数学模型,模拟计算不同最大等效应力、地质条件、隧道埋深、隧道结构形式等96种工况下的地表沉降量.并利用Peck公式回归分析得到96种工况下的沉降槽宽度系数.对模拟结果和回归结果进行数据分析,推导出沉降槽宽度系数与隧道埋深的关系式,以及地表最大沉降最与地层弹性模量、最大等效应力、隧道埋深的关系式.在此基础上,根据地表沉降曲线的正态分布规律、沉降槽宽度系数的数学意义和轨道的前后高低差管理值,推导得到新建铁路隧道下穿各等级既有铁路时的地表沉降控制标准.     

砂-黏复合地层盾构地表沉降分析及沉降槽宽度系数修正

以深圳地铁11号线宝安站—碧海站区间为工程背景,选择具有正态分布性质且能考虑沉降槽偏移的高斯峰值函数,对该段地表实测沉降数据进行曲线拟合,分析砂-黏复合地层条件下盾构掘进引起的地表沉降规律;并结合国内外沉降槽宽度系数的计算理论,提出砂-黏复合地层沉降槽宽度系数。结果表明:高斯峰值函数拟合的沉降槽曲线与砂-黏复合地层条件下的工程实际更为契合;通过选取合适的参数,可以运用日本学者竹山·乔公式对砂-黏复合地层地表最大沉降值进行预测,砂-黏复合地层地表最大沉降值随土的弹性模量的加权平均值的增大而减小;提出的砂-黏复合地层沉降槽宽度系数更能反映砂-黏复合地层特征,使沉降计算值更准确。     

富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有管线变形影响规律分析

以南宁轨道交通2号线某区间盾构双线隧道先后通过与隧道间距不同的管线为工程背景,通过FLAC软件数值计算和现场监测相结合的方法研究了富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有临近管线变形的影响规律。结果表明:随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;管线最大沉降量出现在左线隧道中线上方;盾构刀盘通过2倍盾构外径范围后,管线沉降逐渐趋于稳定;管线沉降曲线受右线隧道开挖影响不再符合高斯曲线,同时管线最大拉应力呈增加趋势,而最大压应力呈减小趋势。研究结果可为类似工况下地铁盾构隧道的安全施工提供参考。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

左右线盾构超越施工影响下的土体变形规律研究

以武汉地铁3号线区间隧道工程为背景,针对右线盾构超越左线盾构施工这一工程实际,通过数值模拟与现场监测相结合的方法,研究施工过程中地表横向、纵向沉降变化以及深层土体的横向水平位移变化。研究结果表明:地表沉降与沉降槽宽度在右线盾构通过后明显增大;纵向地表在右线盾构通过前先小幅沉降,右线盾构通过后迅速沉降,当右线盾构离开监测断面40 m后沉降趋于稳定;不同深度土体的横向水平位移也不相同,最大位移发生在隧道埋深一半左右。因此,盾构超越施工对先建隧道的影响非常明显。     

复合地层双线盾构上跨既有地铁隧道施工诱发地表沉降分析

新建盾构隧道近距离上跨施工引起地表沉降受到多种因素的影响,导致工程实践中最常用的地表沉降估算方法 Peck公式具有一定局限性,与实测值相比存在较大误差。以佛莞城际线FGZH-1标段双线盾构上跨既有广州地铁7号线施工工程为背景,构建三维弹塑性有限元模型,分析复合地层双线盾构上跨既有隧道掘进诱发地表沉降规律,并结合现场施工数据监测,在传统Peck方程中引入修正系数(地层最大横向沉降值修正系数α1,地层横向沉降槽宽度修正系数α2),对经典Peck方程进行适用性修正。研究表明:当α1介于0~1.2、α2介于0.4~1.6之间可获得吻合较好的预测曲线。本研究可为复合地层双线盾构上跨既有隧道施工周围环境的保护提供理论依据。     

基于Peck公式的双线隧道地面沉降模型及参数研究

双线平行盾构施工中,引起地面沉降的因素有很多,主要包括两隧道间距、隧道埋深、隧道直径、土质条件、施工方案和施工水平等.依托处于郑州地区典型地质单元的双线隧道盾构施工地表沉降监测数据,在Peck公式的基础上,建立起地表沉降分布函数关系;通过对实测数据进行拟合分析,得出沉降槽宽度系数和土体损失率等参数的数值.研究发现:在隧...     

曲线盾构隧道施工稳定性及致险水平研究

小曲率半径盾构隧道施工稳定性影响因素错综复杂,对不同评价指标的作用规律及致险等级差异显著。以济南厚冲洪积地层为地质条件,基于正交试验建立了5因素4水平6指标的小半径盾构施工稳定性综合评价体系,通过多影响因素的定量分析与定性评价,确定了其敏感性排序及致险水平等级。结果表明:隧道埋深与盾构直径对地层变形具有强烈致险作用,随埋深的增大,地表最大沉降值与沉降槽宽度呈线性递增;隧道曲率半径及千斤顶不平衡推力对曲线盾构地表沉降槽偏移与管片两侧差异变形影响显著,随曲率半径的增大,地表沉降峰值点偏移量与管片两侧变形差呈线性递减,管片最大拉应力呈二次函数递减。研究成果对曲线盾构隧道施工的参数评价及风险防控具有重要指导意义。     

富水圆砾地层盾构隧道施工对地表及建筑物影响分析

以在富水圆砾地层的盾构双线隧道先后通过邻近建筑物为研究背景,通过现场监测和数值计算方法,对双线隧道施工引起地表及既有建筑物变形规律进行研究。研究结果表明,随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;地表最大沉降量出现在先行隧道中线上方;刀盘通过地表中心断面后,地表及建筑物沉降逐渐趋于稳定;当偏离比在一定范围内,随着建筑物与隧道间距减小时,建筑受到的影响逐渐增大。