天津地区盾构施工对地层沉降的影响

以天津地铁2号线某盾构隧道施工段为背景,运用有限元模拟并结合现场监测资料,研究盾构施工对地层沉降的影响．结果表明：地表任一断面在盾构施工过程中都要经历一个随距开挖面相对位置不同而不断变化的沉降过程;同一断面不同深度处土层的沉降量及沉降影响范围不同,深层土体受施工扰动响应较地表更为敏感;通常情况下浅表层与深层土体沉降趋势一致,但由于城市地表硬壳层的存在,会导致监测数据较实际沉降值偏小,实际工程中应重视这种现象．     

砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标定。研究了支护压力对开挖面变形、地表沉降、开挖面的最大位移和土层应力的影响。研究结果表明：1）开挖面土体破坏形状和砂土的离心试验模型相符;2）当支护压力较小时,开挖面前方土体颗粒接触力很低,颗粒流动趋势明显,因此容易引起超挖,从而导致盾构施工后形成地层中的空洞;3）开挖面前的上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞也不会立刻引起地面塌陷,这是目前成都盾构施工引发地面滞后沉降的主要原因。     

曲线盾构隧道掘进地表沉降计算模型研究

盾构隧道掘进过程中产生的地层损失和施工荷载是引起地表沉降的主要因素,曲线盾构隧道的非对称性使得掘进引起地表沉降规律更加复杂。基于直线盾构隧道掘进引起地表沉降的研究成果,考虑实际工程中隧道会由于自重而沉降到土体边界底部和曲线盾构隧道地层损失的非对称特征,建立了曲线盾构隧道掘进引起地表沉降的地层损失模型,同时将建立的模型与已有曲线隧道地层损失模型进行对比研究。结果表明:本文建立的地层损失模型引起的地表沉降变形值更大,受转弯半径的大小影响,当隧道转弯半径大于1000米后,曲线隧道与直线隧道地层损失引起地表沉降值变化较小,而当隧道转弯半径小于300米时,此时地表沉降值对隧道转弯半径的敏感性较高,文章建立的计算模型可以很好的体现出小转弯半径隧道引起的地表沉降值的影响程度更大;通过将两种不同地层损失模型引起的地表变形与实际工程进行比较分析,验证了文章建立的计算模型与实际数据更接近,误差更小,显示该模型能够较好地反映实际情况,研究成果为曲线盾构隧道掘进引起地表沉降分析和预测提供参考。     

下穿施工时盾构-卵石地层-既有隧道相互作用模型试验研究

以实际工程为背景,设计了具有单一卵石层和2个既有隧道的试验模型.基于自主研发的土压平衡盾构试验平台,开展了卵石地层盾构下穿既有马蹄形隧道和矩形隧道的模型试验.在试验过程中,记录了盾构机的施工动力和排土量,同时监测了试验模型的地表沉降,以及既有隧道的应变和作用在其上的土压力.通过盾构机施工动力和排土量的变化,分析了既有隧道对盾构施工状态的影响.利用盾构下穿过程中盾构排土量的变化,解释了既有隧道周围卵石土体发生塌落破坏的原因.基于实测的地表沉降和作用在既有隧道上土压力的变化规律,揭示了盾构下穿过程中既有隧道与卵石土体的相互作用机理.     

砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理

针对砂卵石地层盾构施工地面突发塌陷频发的情况,结合成都地铁1、2号线地面塌陷实例,研究了盾构施工引发的滞后地面塌陷机理;分析了砂卵石地层地质条件,利用大型三轴剪切试验获得其力学特性;选用颗粒离散元法进行数值计算,通过三轴数值试验标定了土体的细观参数;通过数值计算模拟了开挖面失稳和空洞向地表移动。研究结果表明,当开挖面支护压力较小时,位移大于0.1m的颗粒接触力极低,该区域的土体孔隙率变大、力学性质也降低,该区域是开挖面失稳区,掘进过后将在盾构上方形成空洞;砂卵石层开挖面上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞,也不会立刻引起地面塌陷,这是地面滞后塌陷的重要原因。     

盾构近接高架桥桩施工的地层沉降空间形态研究

为了解盾构近接施工引起地层的非线性变形和沉降空间形态,基于有限差分法对合肥地铁1#线隧道近接城市高架桥桩的盾构推进过程进行了研究,分析了盾构近接桩体施工前后横向、纵向地表非线性沉降变化规律及地层沉降空间分布形态。结果表明,近距双线隧道盾构依次开挖对土体产生扰动以及盾尾空隙引起地层不均匀沉降,由于近接高架桥桩基的影响,其沉降量与盾尾空隙后方距桥桩距离成函数对应关系,相邻隧道开挖引起的地层沉降对沿隧道轴线的地表沉降具有叠加效应。数值模拟实现了隧道地层沉降空间形态等值超曲面图和地表沉降曲面图对地层不均匀沉降等值3D形态的描述。     

软黏土中盾构掘进地层变形与掘进参数关系

宁波地铁某区间单线隧道穿越地层主要为淤泥质黏土层,上覆地层主要为砂质粉土和淤泥质土.针对2类典型的上覆地层中土压平衡盾构施工,获取了相应的地表沉降监测数据,研究地表沉降与盾构施工过程的相互关系.采用经典高斯经验公式对盾构掘进引起的地表横向沉降曲线和纵向沉降发展曲线进行拟合,得到各监测断面沉降槽宽度ix及沉降槽宽度系数K.采用平移累积高斯沉降曲线对纵向沉降发展曲线进行拟合,获得盾构掘进引起的沿线地层损失率.研究盾构掘进参数取值对地层损失率的影响.结果表明,盾构推力、开挖面支护压力以及盾尾注浆率对地层损失率的影响显著.给出类似地层中各项盾构掘进参数的参考范围.     

盾尾间隙注浆对地表沉降的影响研究

以广州地铁四号线仑大盾构区间为工程背景,通过管片向地层传递的约束反力与地层原始地应力的差值来反映盾尾注浆效果,并采用二维有限元计算模型来模拟盾构盾尾注浆效果对地表沉降的影响,从而实现盾构施工地表沉降的理论预测.数值模拟表明,注浆效果对限制地表沉降作用明显.现场监测同样证实,不同注浆效果将引起不同的地表沉降,且随着注浆效果的提高地表沉降将随之减小.进而验证了数值模拟的合理可行性.     

盾构施工地表沉降及GM(1,1)模型预测

文章讨论了地铁隧道区间盾构开挖对土体扰动及引起地表沉降的力学机理,概括了地层移动的主要影响因素.结合长春市地铁1号线盾构工程的实例,采用灰色GM(1,1)模型对地表沉降进行预测,并与现场监测值对比分析,发现GM(1,1)模型预测值与监测值较为一致,论证了灰色预测在盾构施工地表沉降预测的可行性.     

绍兴软土地层盾构隧道地表沉降效应研究

以绍兴市轨道交通2号一期工程的两个典型区间为例,从两个区间典型断面实测值的Peck和Sagaseta公式及其修正公式的角度进行研究,揭示了绍兴软土地层单、双线盾构隧道施工横向地表最大沉降量、沉降槽的宽度和形状以及对应的影响范围,分析了地表监测点纵向地表沉降量与盾构掘进距离之间的关系。研究表明：Peck、Sagaseta修正公式的地表最大沉降量的拟合效果较未修正前均有较大提高,更符合工程实际。     

考虑盾尾注浆隆起的盾构掘进地面位移预测

通过对3个盾构隧道工程实例中盾尾注浆引起的地面隆起的分析,对比了Mindlin解、sa—gaseta法、Verruiit-Booker法、Loganathan—Poulos法、Chi法和Park法6种解析方法及高斯公式预测盾构掘进盾尾注浆引起的地面隆起的适用性,并结合工程实例给出了考虑注浆地面隆起后盾构掘进地面位移计算的修正Peck公式。分析表明：盾尾注浆引起的横断面地面隆起曲线,可以用高斯公式和Chi法较好地拟合,在确定注浆隆起宽度参数K。和沉降影响角口的经验取值后,可预测盾构注浆隆起。考虑注浆隆起的修正Peck公式,可合理地预测包含注浆隆起在内的盾构掘进引起的横断面地面位移。     

盾构隧道开挖引起地表沉降数值模拟与实测分析

用三维数值分析模型模拟了隧道盾构开挖引起的地表沉降的发展过程,分析了地表横向和纵向沉降的动态变化规律,得出了模拟盾构开挖过程的数值模型,并基于Peck公式对地表沉降模拟值和工程实测资料的沉降槽参数进行了对比分析．结果表明FLAC3D模型能有效地模拟盾构掘进过程中的地层开挖效应和沉降规律．     

类矩形土压平衡盾构施工引起的地表变形

针对类矩形盾构施工的扰动控制问题,基于弹性力学Mindlin解,考虑刀盘正面附加推力、壳体与土体之间摩阻力、同步注浆压力以及土体损失4种因素的共同作用,采用数值积分法和叠加原理对地表变形进行计算分析.结果表明：4种因素共同作用下类矩形盾构掘进地表相当范围内表现为沉降,最大收敛沉降约为33 mm,开挖面前方的沉降影响主要集中在前方10 m范围;同步注浆压力产生的地表隆起可以部分抵消土体损失引发的沉降,因而合理的同步注浆有利于沉降控制;4类因素中,正面附加推力和盾壳摩阻力产生的地表变形很小.理论结果与实测数据基本吻合,可为后期类矩形盾构隧道施工的扰动控制提供理论参考.     

基于时空关系的盾构开挖地表沉降规律

基于武汉地铁四号线某区间隧道盾构开挖引起的地表沉降数据分析,考虑地表沉降的时空关系,将地表沉降划分为无影响阶段、前期沉降阶段、通过阶段、盾尾空隙沉降阶段、工后沉降阶段,并给出了各个阶段的大致范围及其地表沉降占总沉降的比值。通过对Mindlin解引入时间参数,针对不同阶段地表沉降影响因素进行分析,在前影响距离范围内,盾构机与土体的摩擦力和地层损失对地表沉降的影响占优,在后影响距离范围内,地层损失对地表沉降起到了绝对的控制作用,前期沉降阶段的土层隆起与正面附加推力、摩擦力有关,而正面附加推力、摩擦力和注浆压力导致了工后沉降阶段的土体回弹,由此获得了实时地表沉降预测的理论公式。研究结果表明：理论预测值与实测值能较好的吻合,该公式能够较为准确地实时预测地表沉降。     

考虑隧道剪切效应的隧道下穿对既有盾构隧道的纵向影响

将既有隧道简化为能考虑隧道剪切效应的Timoshenko梁,提出在隧道开挖作用下既有隧道纵向响应的解析解答.通过两阶段分析法,分析隧道开挖过程中既有隧道的变形及内力响应.基于修正的Loganathan和Polous地层位移理论,预测新旧隧道成任意夹角情况下隧道开挖引起的自由土体沉降分布;把隧道开挖引起的自由土体沉降施加于既有隧道之上,并基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的既有隧道纵向变形微分平衡方程;通过有限差分法求得在自由土体沉降作用下既有隧道纵向变形及内力数值解答.收集2个已发表工程实测数据,并与所提方法和Euler-Bernoulli法得到的计算结果进行对比.通过对比分析发现,实测结果与两者计算结果有良好的一致性;相对于所提方法,基于Euler-Bernoulli梁的计算结果明显高估了隧道的弯矩、剪力及接头张开量;所提方法能有效模拟既有隧道剪切效应,因而可进一步得到隧道开挖作用下的既有隧道错台量.研究成果可为合理预测隧道开挖对既有隧道影响提供一定的理论支持.     

超近距双线隧道旁穿建筑群的信息化施工风险控制

为减轻双线盾构隧道旁穿引起的建筑物沉降,采用FLAC^3D对不同施工方案的双线隧道旁穿建筑物引起的地层沉降进行数值模拟,对实施的右线隧道变线+左线钢环内支撑+双线花管注浆加固方案的施工参数进行优化,并进行相关的工程实测分析。 结果表明:原方案造成的建筑物差异沉降为26.5 mm,远超其10 mm的控制标准;采用排桩加固或右线变线后左线钢环内支撑和双线花管注浆加固方案均能使建筑物差异沉降满足要求;优化右线盾构参数可减轻对建筑物影响;施工荷载和注浆压力是后行右线影响先行左线受力状态的主要因素,采用实时监测的信息化施工是必要的。超近距离双线盾构顺利旁穿建筑物群,相关结果可为类似工程提供借鉴。     

盾构施工盾尾注浆硬化过程数值分析研究

简要介绍了盾尾注浆的目的及类型.在假定其他参数已知的条件下,通过实例,用有限元程序GTS模拟考虑盾尾注浆硬化过程和未考虑硬化过程两种盾构施工情况.研究结果表明:盾构施工过程中,受浆液长期固结影响,地表会产生进一步的沉降.充分考虑浆体硬化作用,利用监控压注浆液的硬化情况控制后期沉降是一种有效的地层沉降控制手段.