马蹄形盾构施工引起的土体竖向位移计算研究

针对马蹄形盾构施工引起的土体变形,基于Mindlin位移解和随机介质理论,考虑不同因素对土体竖向位移的影响,提出了马蹄形盾构施工引起的土体竖向位移计算方式。研究结果表明,造成开挖面前方隆起的主要原因为马蹄形盾构施工的盾壳摩擦力;在取不同正面附加推力时,对隆起影响不同,表现为正面附加推力越大,隆起越明显;在土体损失率不同的工况下,土体损失引起的沉降量与土体损失率呈正相关。     

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。     

多因素下竖向顶管施工引起的土体变形研究

建立掘进机与土体间的摩擦力、后续管道与土体间的摩擦力、开挖面前顶管推力、土体损失四个因素下竖向顶管法施工的力学模型.前三个因素引起的土体变形解根据弹性力学Mindlin解得到;土体损失引起的土体变形解通过随机介质理论得到,最后二者相加获得多因素下总的土体变形理论解.通过算例对计算结果进行了分析,研究了开挖面前顶管推力的改变对土体变形的影响。研究结果表明,土体竖向位移的最大值随z的增大基本呈减小趋势;竖向顶管施工引起土体隆起的范围在距顶管横截面中心线D～10D之间,土体隆起值随着深度的增加而增加;水平位移的最大值出现在距竖向顶管横截面中垂线2.5D处;开挖面前顶管推力对竖向位移的影响范围主要在距顶管横截面中心线±2.5D之间,在影响范围内,其引起的竖向位移随开挖面前顶管推力的增加而逐渐增大;在0z0.5D时,开挖面前顶管推力引起的水平位移主要表现为较小的朝向竖向顶管的移动;在0.5Dz4D时,主要表现为远离竖向顶管的移动,且随着深度增加,水平位移越大。因此,在竖向顶管施工时,需重点关注±2.5D范围内的竖向位移以及0.5Dz4D范围内的水平位移。     

盾构推进引起地表变形及深层土体水平位移分析

 基于弹性力学Mindlin解,考虑刀盘挤土效应产生的切口正面附加压力、软土地层中具有软化特性且不均匀分布的盾壳侧摩阻力、及同步注浆压力引起的地层位移,结合土体损失引起的地层位移,得到盾构施工期间地表竖向位移及深层土体水平位移解答。经与3个工程实测结果进行对比,该方法计算结果与实测数据较为吻合,基本可以反映盾构施工引起的地层位移变化规律。分析结果表明：盾构前方土体在盾构施工作用下产生隆起,其形态基本接近正态分布曲线;较大的注浆压力亦引致地表土体隆起;深层土体在盾构施工期间受到挤压,向远离隧道轴线运动,其最大水平位移量在盾构轴线附近。     

矩形顶管施工引起土体分层变形计算方法研究

随着矩形顶管在大城市地下通道建设中的广泛应用,建立矩形顶管施工引起周围地层变形的计算预测模型已成为当前顶管施工必须加以重视的问题。矩形顶管施工引起周围土体变形的主导因素为摩擦力、开挖面附加应力、土体损失,理论分析必须考虑这几个主导因素。针对以上主导因素,提出考虑三者共同作用下的矩形顶管施工地层位移计算方法。用Mindlin位移解对应力作用面积分析顶进过程中开挖面附加应力及摩擦力引起的地层变形;以随机介质理论分析建筑缝隙引起的土体损失产生的地层变形。考虑到各影响因素的相对独立性,将各因素引起的地层变形叠加,从而得到主导因素影响下的地层变形预测模型。通过理论计算,开挖面附加应力、摩擦力主导隆起区地层变形,土体损失主导沉降区地层变形,地层埋深越大此现象越明显。将理论计算值与实测结果对比,两者在变化趋势及变化量上趋于吻合,因此,所提公式可作为类似工程工前地层变形预测计算公式。     

盾构施工引起的土体位移计算公式

为计算由盾构法隧道开挖引起的周围地层变形,总结目前已有的计算公式,对由正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力和土体损失等引起的土体变形分别计算,然后把所得结果进行叠加得到盾构引起的总土体位移。     

类矩形盾构施工引起地下管线的附加荷载研究

对类矩形盾构施工引起的垂直交叉地下管线的附加荷载规律进行研究。考虑附加注浆压力和土体损失的作用,对类矩形盾构隧道施工引起的土体附加应力公式进行了修正;通过算例研究了地下管线附加荷载的分布规律,分析了管线埋深的影响。算例分析结果表明:类矩形盾构施工过程中,在x、y方向上产生的地下管线附加荷载中,盾壳摩擦力和附加注浆压力影响较大,正面附加推力的影响较小;在z方向上附加荷载主要由土体损失决定;附加荷载最大值出现在隧道轴线及其附近位置;管线埋深对x、y方向上的附加荷载影响较大,对z方向上的附加荷载影响较小。     

盾构隧道开挖引起的土体位移有限元分析

为了研究某地铁隧道过江段开挖施工引起的土体位移变化情况,建立了隧道盾构施工的有限元模型,基于生死单元法模拟了过江段盾构隧道开挖过程,计算了盾构施工不同阶段的土体表面沉降量及土体竖向和横向位移沿深度变化情况。研究表明土体位移随盾构开挖过程逐渐变化,竖向位移沿地表至隧道埋深处逐渐增加,隧道位置处的侧向位移量最大,且土体位移与盾构参数有密切关系。     

不同施工工况下双圆盾构引起的土体沉降研究

采用随机介质理论,推导出双圆盾构隧道施工时正常工况和旋转工况下由于土体损失引起的土体沉降计算公式。算例分析表明：本文方法地面沉降预测结果与实测值比较吻合;旋转工况下双圆盾构隧道施工引起的土体沉降曲线呈不对称,最大沉降值出现在向下旋转一侧,能较好的解释实测地面沉降曲线不对称的原因。在相同土体损失率时,与正常工况相比,旋转工况产生的最大沉降量变小,但沉降槽宽度变大。两者引起的土体沉降沿深度变化规律也有区别。     

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

 类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明：类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。     

带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层位移和衬砌应力分析

 盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是城市轨道交通安全控制的关键课题。由于目前该领域较少考虑隧道衬砌与土体相互作用带来的影响,尤其是较少针对衬砌应力进行分析,由此提出带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层变形计算方法;同时考虑地层与衬砌之间的非对称收敛协调变形模式,建立带衬砌隧道开挖的Airy应力函数解析解答。通过实例研究,得到带衬砌隧道非对称变形模式下的地层沉降和水平位移曲线,并与实测数据进行对比验证;通过参数分析,获取土体和衬砌的材料特性、隧道几何特性以及隧道埋深等主要参数对浅埋隧道开挖地层变形和衬砌应力的影响规律。结果表明：非对称收敛变形模式对地层位移的影响明显,在此条件下得到的沉降槽和水平位移曲线与实测值吻合较好,地表最大沉降值更接近于实际;隧道半径或土层硬度对土体沉降最大值有较大影响,减小半径和硬化土层对减少土体沉降量效果显著,而衬砌几何参数的改变对沉降量的影响不大;衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈倒“8”字分布,而弯矩随着k值的增大,沿圆周方向由“8”字形向“0”字形过渡,最大轴压力和最大负弯矩发生在拱腰位置,土体侧压力系数k的取值对衬砌轴力和弯矩的分布和大小影响明显。分析成果可为正确预估软土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

盾构隧道叠交施工引起的土层位移场分布规律

考虑盾构隧道叠交施工之间的相互影响,应用边界单元法对相邻隧道开挖过程中的三种典型叠交位置关系,引起的地层位移场分布规律及相互影响进行分析。分析结果表明:单条隧道开挖引起的地表最大沉降值出现在隧道轴线的正上方,而两左右或上下相邻隧道开挖的地表及土层内部的最大沉降值则出现在两隧道的纵轴线之间,且偏向上方埋深较浅的隧道。隧道开挖引起的地层深层与浅层变形趋势是一致的,但在两隧道轴线上方深层土体的沉降要远比浅层土体大。叠交隧道的埋深及其相对空间位置关系对土层的位移场有较大的影响。     

软土隧道盾构法施工引起的纵向地面变形预测

假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解,推导了正面附加推力和盾壳与土体之间的摩擦力引起的纵向地面变形计算公式,结合土体损失引起的地面变形计算公式,得到盾构施工引起的总的纵向地面变形计算公式,该方法适用于施工阶段。与两个工程实例进行了对比,本文方法计算得到的结果与实测数据较吻合。算例分析表明,正面附加推力引起开挖面前方地面隆起,后方地面沉降,以开挖面为轴线呈反对称分布,在正常施工时产生的地面变形较小;盾壳与土体之间的摩擦力引起的地面变形较大,分布规律与正面附加推力相似,但轴线位于盾构中间部位;土质参数对地面变形影响较大。     

隔离桩对隧道开挖诱发土体竖向位移牵制效应的理论分析

隔离桩作为一种高效的防护措施被广泛应用于城市隧道施工环境效应的控制中.基于两阶段理念建立了可考虑隔离桩与土体之间相对滑移(采用桩侧弹簧与桩端弹簧模拟)的桩-土竖向相互作用的解析模型.基于该模型并引入变形协调关系,利用改进的Loganathan-Poulos(L&P)公式和一般化的竖向位移的Melan解,求解了隔离桩与土...     

盾构法施工隧道纵向地层移动与变形预计

将盾构法施工隧道开挖引起的地表下沉以及盾构挤压引起的地表隆起均视为随机过程,应用随机介质理论,对隧道施工所引起的纵向地层移动与变形进行了分析,推导了相应的计算公式。工程实例分析表明,该方法效果良好。     

盾构施工引起土体超孔隙水压力峰值的计算及 影响因素分析

摘 要： 运用应力释放理论及应力传递理论,推导了盾构施工引起周边土体任一点的 超孔隙水压力峰值 的计算公式。并通过算例分析表明：与衬砌相邻的土体超孔隙水压力峰值呈 近似 圆形（底部大于顶部）;随着离隧道中心距离的增加,土体超孔隙水压力峰值呈凹曲线衰减。同时发现盾构直径及埋深对土体超孔隙水压力峰值的影响是相反的。当直径减小或是埋深增大,均会使得与衬砌相邻周边土体超孔隙水压力峰值的底部与隧道中心水平线处的差异更加明显,反之亦然。隧道底部的等值线最密,即变化最快;隧道上方区域的等值线间距逐渐变大,即变化变缓。在一定深度处,超孔隙水压力峰值在隧道轴线上方为最大,远离隧道轴线则减小;随深度增大,其最大值有增大趋势。