关于城市地铁盾构工程实测地层损失率的简易计算

根据无锡地铁盾构工程地表沉降监测数据,以Peck公式的假设为基础,将实测数据和对应位置信息录入EXCEL表格中,通过EXCEL的数据曲线回归分析功能,对监测数据的散点曲线进行多阶函数拟合。在确定沉降槽假定边界后,应用不定积分求得拟合曲线原函数,即可计算出盾构掘进后引起的实际地层损失率。在总结前人经验公式的基础上,采用了EXCEL曲线回归分析计算地层损失率的方法,综合了监测断面上各测点实际沉降分布情况,其计算结果也必然进一步接近实际真值,其方法可为后继实测地层损失率的计算研究提供参考依据。     

基于小半径曲线隧道盾构施工的Peck公式修正及其工程应用

[目的]在城市轨道交通线路规划中,因受建筑物地基、地下管道和软弱土层等因素影响,通常会选用曲线隧道乃至小半径曲线隧道。与直线隧道相比,小半径曲线隧道盾构施工加大了地面沉降失控风险。因此,需对小半径曲线隧道盾构施工中地面沉降控制进行研究。[方法]通过计算曲线隧道盾构施工过程中的超挖间隙,推导出曲线段内每一环的超挖量;又通过引入地层损失率得出隧道半径与地层损失率的关系;根据现有Peck公式的适用性统计分析结果,结合基础地层损失率、总地层损失率、超挖导致额外地层损失率,以及沉降体积切片计算得出了适用于小半径曲线隧道盾构施工的修正Peck公式。以太原某地铁线路的工程实例为研究背景,将修正Peck公式计算结果与现场监测数据进行对比,验证了修正Peck公式的适用性。[结果及结论]工程实例验证结果表明,修正Peck公式对小半径曲线隧道盾构施工具有较好的适用性。     

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。     

过江隧道大直径盾构下穿引起的大堤变形分析

应用FLAC3D有限差分程序,并结合现场实测,对直径为11.68m的泥水平衡盾构下穿钱塘江大堤而导致大堤变形的规律进行计算分析,结果表明:受大直径盾构下穿施工的影响,堤顶的最大沉降为30.5mm,沉降曲线最大斜率为0.13%,基本符合变形控制值,说明选取的掘进参数合理、可行;大堤堤顶的横向沉降槽与直径为6.34m的地铁盾构类似,呈高斯正态分布,仍可用Peck公式预估沉降;大堤深层的土体横向沉降槽虽也符合高斯正态分布,但沉降量及沉降槽宽度随深度的变化不如直径为6.34m的地铁盾构明显,因此可近似用堤顶的沉降反映大堤深层土体的沉降;大堤的堤顶及深层土体的水平位移曲线近似呈倒"S"形,最大水平位移出现在地表沉降槽曲线的反弯点处,在施工中应重视大堤深层土体水平位移的监测以及大堤区域内桩基等挡土结构物受到的附加剪切作用。     

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。     

地铁大跨暗挖隧道下穿桥隧结构变形影响分析

以某地铁工程中单洞双线暗挖隧道下穿桥隧结构为例,通过实测数据分析及数值模拟验证,得出:在现有施工方法及地层条件下,上部既有桥隧结构的变形整体符合Peck单凹槽曲线,其中既有隧道结构沉降曲线比既有桥梁结构沉降曲线更接近Peck公式;地层损失率在0.20%～0.24%之间。分析结果说明,三维数值模拟可较为准确地预测上覆既有桥隧结构的沉降趋势,模拟结果与实测值差异较小。     

基于武汉地层盾构隧道施工的Peck经验公式修正

隧道施工引起的地表沉降大小受到很多因素的影响,Peck经验公式中,参数的变化会使预测结果容易出现较大的偏差。以武汉地铁3号线盾构下穿铁路工程为依托,结合施工和土质参数及实测沉降数据,采用回归分析的方法对Peck经验公式作线性拟合并进行了对比分析,同时研究了沉降槽宽度系数与盾构切口距监测断面间距的关系以及地表最大沉降量与注浆倍数的关系,并拟合得出了相应的函数计算式来对原系数进行修正。实践验证表明,修正后的Peck公式能很好地预测隧道施工引起的地表沉降,且预测曲线与实测曲线吻合度高。     

深埋软岩小净距隧道近接既有车站的位移响应

以在建的重庆轨道交通10号线红土地站为工程背景,新建车站采用分离式小净距隧道近距下穿既有车站。通过三维数值分析与现场实测相结合对既有车站结构的位移响应进行分析。既有结构的竖向位移的位移响应服从双Peck拟合曲线,左、右线隧道开挖引发的竖向位移产生叠加,开挖上台阶和拆除临时支撑为位移控制的关键环节;小净距隧道开挖引起的能量释放被既有车站结构吸收,下穿既有结构所得沉降槽宽度参数 值为天然地层条件下的0.924倍;深埋软岩小净距下穿既有结构隧道地层损失率 取值范围为0.108%～0.16%;上台阶开挖注意控制拱部中空注浆锚杆的超前加固效果,形成一定范围的承载拱;施作隧道仰拱后方可分段拆除临时中隔壁,拆除范围为6~7m。结果表明,现场实测和数值计算的结果基本吻合。     

基于静力触探测试技术的基础沉降计算

基于现有静力触探技术的基础沉降变形研究,考虑不同地层条件,建立直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法。该方法采用经验公式初步确定基础沉降计算深度,并通过应力比法验证;采用基于静力触探锥尖阻力的线性经验公式确定土体压缩模量;采用Schmertmann基底应变影响系数间接确定地基土体竖向应力,并规定刚性边界条件下基底应变影响系数为0。工程实例的计算表明:所建立的直接应用静力触探测试指标的基础沉降变形计算方法的计算结果与实测值一致性好,物理意义明确,适用于各类地层条件,应用范围广;计算过程简单,仅需手算即可完成;计算过程所需参数仅需通过静力触探原位测试获取,无需钻探、取样及室内固结试验,可避免钻探取样对试样扰动大、试验结果难以反映土体原位物理力学性质、试验数量少、代表性不够及原状样取样不便等问题。     

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。     

地铁暗挖施工引起的地表沉降时空分布模型研究

以北京一地铁区间隧道暗挖施工引起的地表沉降分析为例,研究地表沉降分布规律及其时程分布规律。在大量实测数据的基础上,基于Peck公式进行地表沉降分布的回归分析,并通过修正,得到最大程度包络实测数据的高斯曲线,从而得到地表沉降的范围;基于Logistic函数模型,进行地表沉降随时间变化的回归分析,得到地表沉降时程分布规律和沉降速度时程分布规律。通过该方法得到的地表沉降时空预测曲线与隧道的土层性质、施工方法等密切相关。计算得到的沉降槽宽度系数、地层损失率、时间参数等可为预测沉降的时空分布提供参考数据。     

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。     

粉质黏土地层盾构施工地表沉降关键参数分析与预测

基于常州地铁土压平衡盾构穿越典型粉质黏土地层59个地表沉降监测断面实测数据的统计结果,分析了Peck公式用于预测常州地铁土压平衡盾构施工引起的地表横向沉降槽的适用性,得出了预测常州地区典型地层中盾构施工引起的地表沉降基本参数的取值范围.即:地层损失率取0.10％～0.75％,沉降槽宽度参数取0.3～0.7.基于盾构机对土体作用的力学模型,得到了盾构掘进时的地层位移场的解析解,并与监测数据对比,给出了相关参数的取值方法.应用给出的计算参数,可以较好地预测常州地铁施工过程中及施工后引起的地表沉降.     

成都地铁盾构隧道地表沉降分析

结合成都地铁某区间盾构隧道施工情况,根据实测的地表沉降数据,分析了盾构推进时对地表的横向沉降影响。通过实测数据得出Peck法计算参数,用实测值来验证Peck曲线预测沉降的吻合程度。分析表明:当沉降槽宽度系数k在0.13～0.31之间时,可以较好地反映出横向沉降规律。     

高速铁路地基土压缩模量确定方法比较研究

为掌握高速铁路复合地基中天然土层压缩模量准确简便的确定方法,以武广客运专线12个试验断面和京沪高速铁路4个试验断面路堤设计参数和地基处理情况为依据,分别采用E1-2法和e-p曲线法确定各天然土层压缩模量,计算地基沉降值并将其与实测沉降值进行比较。结果表明:对于浅薄地层地基而言,路堤高度略大于5 m(不超过7.5 m)时,E1-2法的计算沉降值与e-p曲线法相比误差小于10%,路堤高度小于5 m时,两者误差随路堤高度减小而增大,但是控制在30%以内;为简化运算,可以采用E1-2法代替e-p曲线法计算浅薄地层地基沉降;对于深厚地层而言,E1-2法计算沉降值明显大于e-p曲线法,其误差随压缩层厚度增大而增大,故不宜采用E1-2法计算深厚地层地基沉降。     

盾构在道路和铁路下推进引起的沉降对比研究

以天津市津滨轻轨西段地下线工程为背景,对盾构施工引起的道路及铁路地表沉降数据作了详细的对比研究,得出了地表纵向和横向沉降规律,阐述了盾构下穿道路和铁路时引起周围环境变化的异同点.应用Peck公式反演了盾构过道路段的地层损失率,提出了地层损失率限值.     

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。     

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。     

匀质地下管线沉降的傅里叶级数解

采用傅里叶级数方法求解地铁盾构隧道开挖引起邻近匀质地下管线沉降较大的问题。假设管线轴向伸长只发生在沉降槽附近并在此范围内是一常量,合理降低控制微分方程的非线性程度,使之能够采用级数法求解。按照土层沉降曲线符合Peck曲线推导管线沉降的傅里叶级数系数的显式表达式,得到管线沉降和内力的计算方法。根据文献[11]的数据,采用基于傅里叶级数的计算方法计算管线随土层沉降的级数解,并与文献[11]中的近似解方法的求解结果对比,验证级数解的正确性。结果表明:在土层沉降曲线为Peck曲线的情况下,管线沉降曲线也符合Peck曲线;近似解与级数解非常接近,两者能够良好地相互印证;级数解的求解过程表明,基于傅里叶级数的求解方法不需要事先假定管线沉降曲线的形式,并且可以处理不同的荷载类型,如集中荷载、局部而非全长范围的土层抗力等;可以通过增加级数的项数达到要求的计算精度。     

砂土地层地铁盾构隧道施工对地层沉降影响的模型试验研究

为研究地铁盾构隧道施工扰动下不同埋深处砂土地层损失差异及沉降模式,以干砂为填料,通过逐步释放土体模拟地层损失,对砂土地层盾构隧道施工时由土体损失产生的地表沉降和土体内部地层沉降进行模型试验研究。结果表明:在砂土地层盾构隧道施工过程中,地层损失从地表向下以幂函数形式增长,最大沉降和沉降槽宽度系数与地层损失呈很强的正相关性;随着地层埋深的增加,沉降模式由高斯曲线形式过渡为烟囱状形式,沉降槽宽度系数在增加到一定数值后保持相对稳定状态,而最大沉降持续增长,对地层损失的增加起主要作用。基于统计分析原理,针对砂土地层的高斯沉降模式,建立了不同埋深处砂土地层损失与地表损失间的关系,提出不同埋深处砂土地层损失的计算公式,并结合试验数据修正了不同埋深处砂土地层的最大沉降以及沉降槽宽度系数的计算公式,最终得到不同埋深处地层沉降的计算公式。