上软下硬地层下盾构法施工的Peck预测公式修正

以青岛地铁一号线某区间地表沉降实测数据为基础,采用回归分析方法并引入最大地表沉降修正系数、沉降槽宽度修正系数对Peck预测公式进行修正,得出适用于该区间上软下硬地层盾构法施工的Peck预测公式,研究表明:对该区间进行回归分析得到的沉降规律与实测数据较吻合,说明采用线性回归方法能较好预测该区间盾构隧道施工引起的地表沉降规律,当α在0.2～0.5区间,β在0.9～1.3区间时,所得到的修正Peck预测公式可以较准确预测该区间盾构隧道施工引起的地表沉降。     

过江盾构隧道穿越大堤的地层沉降分析及控制

对杭州庆春路过江盾构隧道施工引起的地表沉降实测数据进行了分析,采用Peck公式对横向地表沉降曲线进行拟合,并对大堤和其他断面地表沉降进行了对比。分析结果表明：盾构在大堤下施工引起的地表沉降更大,原因是盾构施工对周围土体的扰动、大堤结构的复杂性、堤顶车辆对土体施加的循环荷载及降雨等共同作用使堤顶沉降加剧;验证了Peck公式在杭州地区软土地层中预测盾构施工引起地表沉降的适用性,其中地表沉降槽宽度参数K取值范围为0.25～0.31,地层损失率η的取值范围为0.10%～0.34%;结合工程实践,提出了泥水平衡盾构穿越大堤控制地表沉降的措施。     

修正的Peck公式在广州市南沙区地铁隧道施工中的应用

随着地铁盾构法隧道施工技术的大量应用,其所面临的安全风险问题,尤其是在盾构掘进过程中对周边土体的扰动问题越来越引起重视。Peck公式广泛应用于地铁盾构法隧道施工引起的上部地表沉降变形趋势研究中,本文基于广州地铁18号线盾构隧道在南沙地层中掘进的工程实例,根据最小二乘原理建立线性回归模型,反演Peck公式参数,并引入修正系数对Peck公式进行优化,实验数据表明:优化后的Peck公式在地表沉降预测上精度可靠,在工程监测上具有一定的适用性。     

基于郑州粉质黏土弱湿陷性地层盾构 隧道施工的Peck公式改进

以郑州地铁14号线盾构隧道施工为工程背景,基于郑州地区粉质黏土弱湿陷性地层,通过对盾构施工过程中60组地表沉降现场实测数据的分析研究,并借助线性回归的方法,分别引入系数α,β以修正地表最大沉降量以及沉降槽宽度,得到适用于郑州地区粉质黏土弱湿陷性地层的Peck沉降预测公式。结果表明:当修正系数α介于0.33～0.73,β介于0.6～1.0时,Peck沉降预测公式经过修正后所绘制的地面沉降曲线更接近现场实测数据。     

西安黄土地层盾构施工诱发地面沉降规律分析与预测

西安黄土地层中地铁盾构施工尚属首次,无现有的工程经验可借鉴,采用Peck公式对盾构施工段实测地表沉降进行预测时,得到沉降槽与实测结果差异较大,鉴于此因,利用APDL语言编制邓肯–张模型及有限元程序来追踪模拟盾构施工过程,对黄土邓肯–张参数、含水率及埋深等因素的变化引起的地层沉降进行量化分析,对黄土地层在盾构施工条件下引起的地表沉降进行相关的规律性研究和探讨,提出了地面沉降预测经验公式,并对某实测结果进行预测。结果表明预测公式能较好的反映西安黄土地层盾构施工引起地面沉降特性,具有一定的工程参考意义。     

盾构隧道下穿既有隧道地面变形分析

以郑州地铁工程为背景,研究盾构隧道下穿既有隧道引起的地表变形。基于地层沉降经验公式——Peck公式的预测结果,结合施工现场监测数据分析结果,将两者进行对比,从而得到地表沉降监测断面的累计沉降曲线,与Peck经验公式计算得到的沉降槽曲线变化规律相同,符合地表沉降变形规律,即微小沉降阶段、急剧沉降阶段、缓慢沉降阶段、沉降稳定阶段。可以通过该理论预测更好地控制隧道沉降和收敛变形,保持均衡、连续的盾构推进,减少因盾构停顿造成的地面、隧道沉降。     

西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进

隧道开挖引起的地表沉降预测主要有公式法、数值法、解析法等,由于Peck公式法的合理、简便,被广泛应用于隧道开挖引起的地表沉降预测中。但由于Peck公式的局限性,在不同地层中预测隧道开挖引起的地表沉降时需要对其进行修正。本文以西安地铁某区间盾构穿越富水砂层为背景,通过现场实测数据、线性回归方法并引入地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β两个参数对原始Peck公式进行修正,得出α的取值范围为0.106 7~0.354 4、β的取值范围为0.539 0~0.681 9,将修正后的公式和现场数据对比发现拟合效果较好,参数取值合理。相关结论可供盾构在富水砂层中施工作为参考。     

盾构穿越不同地层的地表沉降规律及预测研究

城市盾构隧道穿越不同地层时的地表沉降规律的预测和研究对隧道影响范围以及周边环境影响区域的确定有着显著作用。文章以南京某地铁线路为背景，收集并整理分析了该地铁线路盾构施工全过程的地表沉降实测数据，结合地层分布规律选取了3种盾构穿越的主要地层（分别为软塑状态粉质黏土地层、硬塑状态粉质黏土地层以及砂土地层）作为分析对象进行统计，分析了盾构隧道穿越不同地层下纵向和横向沉降规律，并提出了适用于南京地区的修正Peck公式。研究结果表明：（1）纵向地表变形变化规律基本呈线性，盾构通过后距离隧道断面直径4D～6D范围内，地表沉降急剧发展，后趋于稳定；（2）横向沉降曲线基本符合正态曲线，并在此基础上提出了南京地区的修正Peck公式；（3）通过已有实测数据对文章提出的修正Peck公式进行了验证，检验了文章提出公式的适用性。相关研究成果对南京地区的盾构隧道设计及施工有一定实际意义。     

北京黏性土地层大直径土压平衡盾构施工地层变形规律研究

以北京地铁14号线单洞大直径和双洞小直径土压平衡盾构工程为背景,结合现场监测数据,针对黏性土地层中盾构施工引起的地表变形过程和分布规律进行分析,得到以下规律:盾构隧道施工地表纵向变形呈现隆起、快速沉降、缓慢沉降和稳定四个阶段;单线大盾构隧道施工地表变形呈单峰状,可采用Peck公式进行描述,拟合得到K值平均为0.193,Vl值平均为0.114%;双洞小直径盾构隧道施工,地表变形呈单峰状或双峰状,最大沉降均位于先开挖隧道正上方,其变形可用双Peck公式进行描述,拟合得到的K值平均为0.347,Vl值平均为1.022%。研究结果可为类似工程提供借鉴及参考。     

地铁双线盾构区间地表横向沉降槽参数分析

城市地铁盾构隧道的横向变形特点是确定工程影响区域和影响范围的重要依据。对我国22个建设城市的58条地铁线路、126个区间、964个地表横向沉降槽资料进行分析,研究了地铁双线盾构区间隧道的地表横向变形特点。根据地层条件的不同,对不同地层区域的沉降槽Peck公式拟合参数进行统计分析,得出了地层损失率和宽度参数的分布形态、相关统计值以及与隧道相对埋深的相关性。研究结果表明:(1)地层损失率和宽度参数的数理统计结果可以很好地指导不同地层区域地铁双线盾构隧道工程的影响区划分和影响范围的确定;(2)建议各地结合地层条件特点,对地表沉降槽进行深入研究,以提出更为适宜的地表横向沉降槽预测参数。     

砂卵石地层土压力平衡盾构施工开挖面稳定及邻近建筑物影响模型试验研究

盾构技术在砂卵石地层中应用越来越多,砂卵石地层具有很强的不确定性特征,盾构施工的关键问题之一是保持开挖面稳定性及减小地面沉降。利用土压平衡盾构模型,研究北京砂卵石地层中不同埋深时邻近建筑物影响下的开挖面稳定性及地表沉降规律。试验中,分析柔性基础邻近建筑物及埋深对开挖面极限支护力和地表沉降的影响,揭示开挖面稳定性、土拱效应与极限支护力及地表沉降的关系。在邻近建筑物影响下,砂卵石地层中的支护压力呈非对称分布,且砂卵石地层中盾构推进引起的沉降值大于基于Peck公式的计算值,研究成果对砂卵石地层中盾构施工有重要的指导意义。     

大直径土压平衡盾构掘进引起的地表沉降分析

为研究大直径土压平衡盾构掘进对地表沉降的影响,以迎宾三路隧道新建工程为背景,基于ANSYS与FLAC3D软件,建立了大直径土压平衡盾构穿越地层的三维模型。数值模拟结果表明,大直径土压平衡盾构施工会引起较明显的地表位移;数值模拟结果与经验公式及实测数据相吻合,证明了该数值模拟结果的可靠性以及等代层在本模型中的适用性;土仓压力取值过大或者过小会破坏土体极限平衡,造成过大的地表位移;当土仓压力在适当的范围内取值时,其大小变化对地表沉降基本无影响。     

黏土地层盾构掘进速度对地表沉降影响研究

对盾构掘进速度的控制是盾构施工控制的重要环节,但针对盾构掘进速度与地表沉降关系的研究较少,文章以常州地铁2号线盾构区间施工为背景,分析了常州黏土地层下盾构掘进速度对表沉降的影响特点。通过对其地表监测数据的整理分析,结合盾构掘进施工日志,提出一种可对同步注浆、二次注浆、土舱压力、盾构掘进速度等进行定量分析的数值模拟方法,设计模拟工况对盾构全过程进行模拟研究,得到STEP计算步数与盾构掘进速度之间的对应关系,建立常州黏土地层下盾构掘进施工的掘进速度造成地表沉降预测曲线。研究结果表明：掘进速度较快时其造成的地表沉降更小,且当掘进速度在20～50mm/min时利用数值模拟得到黏土地层下掘进速度v—地表沉降h关系的预测曲线：h=6.5/{1+86.2［(v-19.5)/27842.7］0.464},其预测效果较好。     

重叠隧道施工数值分析

以佛山地铁莲塘-张槎盾构区间重叠隧道为工程依托,运用MIDAS/GTS有限元程序模拟盾构开挖的全过程,采用不加固和地面加固两种施工工况,分析不同工况下重叠隧道施工对地表沉降和盾构管片内力影响,结果表明:地层受盾构施工的影响范围都逐步扩展,地表沉降曲线符合Peck沉降槽规律。地面加固后地表最大沉降量约为18.8mm,未加固地表最大沉降量约为102.3mm。洞内注浆加固后能够减小盾构管片内力。     

地铁盾构侧穿高速桥桩基的影响分析

以佛山地铁莲塘~张槎盾构区间侧穿佛开高速桥施工为工程依托,运用MIDAS/GTS有限元程序模拟盾构开挖的全过程,采用不加固和袖阀管注浆加固两种施工工况,分析不同工况下盾构施工对地表沉降和桥梁桩基的差异沉降,结果表明,地层受盾构施工的影响范围都逐步扩展,地表沉降曲线符合Peck沉降槽规律,袖阀管注浆加固后地表沉降量减小约为4mm,桥梁桩基差异沉降减小1.3mm。     

土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失及影响因素

收集中国已有地表沉降监测数据及土体损失率统计分析数据,结合长株潭城际高铁Ⅱ标树木岭盾构隧道进口树木林车站区间16个监测断面数据及其详细地层信息,分析土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失规律影响因素。分析表明,土压平衡盾构隧道施工引起的土体损失率的累积概率较好的服从对数正态分布;土体损失率随着埋深或深径比的增大,呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势,且两者关系可近似采用幂函数拟合;当H大于20m或H/D大于3.25时,土体损失率基本稳定在0.75%附近,且对应地层信息表明盾构隧道施工时其上覆岩层呈现拱效应,说明盾构隧道施工中其顶部土层成拱效应可较好的控制土体损失;土体损失率或名义土体损失率随着盾构开挖通过时间的增加而逐渐增大,且趋于稳定,说明固结变形对名义土体损失率的影响较大,最大可达瞬时沉降所引起土体损失率的4.58倍。     

基于地层损失的盾构隧道地面沉降控制

依据盾构推进各阶段特征,分析了盾构推进引发地面沉降的机理。基于地层损失,建立了盾构隧道地面沉降控制体系。该体系综合了土层特性和盾构隧道设计参数,通过设定地层损失率,利用经验公式对隧道纵横两个方向的地面沉降做出预测,基于沉降控制指标反算需要控制的地层损失率,用于控制沉降;利用数值模拟分析隧道施工过程,基于地面沉降三维曲面,分析地层损失及施工控制参数对地面沉降的影响。对比分析设定地层损失率计算结果与现场监测数据,建立地面沉降—地层损失率—施工参数之间的联系,通过施工参数控制实现地面沉降的控制。     

盾构下穿机场跑道的数值模拟研究

以上海地铁10号线空港一路-虹桥机场东站区间隧道工程为背景,结合现场检测数据及各项掘进参数,采用有限元分析软件建立了有限元模型。对盾构隧道下穿机场跑道施工过程进行数值分析,通过与实测结果的对比验证了模型的有效性。在此基础上对无飞机冲击荷载影响下的隧道开挖过程进行计算,得出了开挖过程中跑道及下部土层的沉降变化规律,并比较分析了跑道结构的存在对地表变形的影响。结果分析表明跑道结构的存在减少了开挖引起的地表沉降,同时分析了隧道开挖影响下机场跑道结构受力的最不利部位,为盾构实施穿越提供了重要依据。     

Prediction of maximum surface settlement caused by earth pressure balance (EPB) shield tunneling with ANN methods

In order to determine the appropriate model for predicting the maximum surface settlement caused by EPB shield tunneling, three artificial neural network (ANN) methods, back-propagation (BP) neural network, the radial basis function (RBF) neural network, and the general regression neural network (GRNN), were employed and the results were compared. The nonlinear relationship between maximum ground surface settlements and geometry, geological conditions, and shield operation parameters were considered in the ANN models. A total number of 200 data sets obtained from the Changsha metro line 4 project were used to train and validate the ANN models. A modified index that defines the physical significance of the input parameters was proposed to quantify the geological parameters, which improves the prediction accuracy of ANN models. Based on the analysis, the GRNN model was found to outperform the BP and RBF neural networks in terms of accuracy and computational time. Analysis results also indicated that strong correlations were established between the predicted and measured settlements in GRNN model with MAE = 1.10, and RMSE = 1.35, respectively. Error analysis revealed that it is necessary to update datasets during EPB shield tunneling, though the database is huge.     

考虑盾构隧道埋深影响和岩土特性影响的地表变形计算

盾构施工引起地层变形的众多计算方法中,随机介质理论法和Peck法是我国应用较为广泛的两种实用方法,但这两种方法的计算参数均不太容易确定。根据46例工程实测资料,绘制出地表最大沉降与隧道相对埋深的关系图。结果表明:当盾构隧道相对埋深小于5时,盾构施工引起的地表最大沉降值变化较大;当盾构隧道相对埋深大于5时,其对地表最大沉降的影响较小。对于大部分浅埋城市地铁隧道而言,应该考虑盾构隧道相对埋深对地层变形的影响。基于盾构施工引起地层移动不均匀模型的地表最大沉降计算式,依据随机介质理论法和Peck法,推导出考虑土质软硬、隧道半径和埋深影响的地层变形实用计算方法,并通过对5个工程实例的分析,验证此计算方法的合理性。