富水砂卵石地层土压平衡盾构掘进渣土改良技术

土压平衡盾构机在富水砂卵石地层掘进过程中,由于土体流塑性差,土舱内的渣土无法及时排出,导致推进速度缓慢,盾构推力及刀盘扭矩增大等现象,易出现地表塌陷事故.为此,文章以成都地铁17号线一期项目盾构隧道工程为背景,进行砂卵石地层土压平衡盾构隧道施工土体改良试验研究.试验结果表明:采用泡沫剂或泡沫剂+膨润土作为土体改良剂对砂...     

地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道影响的试验研究

为了探明地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道的影响,通过隧道与地层相互作用的模型试验,对地表超载作用下隧道变形、土压力及土体沉降进行了量测。试验结果分析表明,相同的地表超载作用下,软土地层中的隧道横椭圆变形要大于硬土地层中的隧道横椭圆变形。当隧道穿越土层的土体压缩模量较小时,地表超载作用下隧道上覆土层表现为被动土拱土压力;当隧道穿越土层的土体压缩模量较大时则为主动土拱土压力。隧道竖向收敛变形与其穿越土层竖向压缩量之间的关系分析表明,隧道横断面变形刚度与穿越土层的土体压缩模量共同决定隧道上覆土层的沉降状态,从而决定了地表超载对既有盾构隧道的影响。研究成果定性地揭示了软土地区既有盾构隧道在地表超载作用下极易发生变形超限的机理。     

复合地层盾构引起地表沉降塌陷研究综述

在复合地层盾构开挖掘进中,常常会遇到密闭舱内土砂粘结、涌水和涌沙等若干问题,从而导致地表沉降、地面塌陷等事故。国内外学者对复合地层地表沉降、支护力与土体位移关系以及地面塌陷机理进行了大量研究,将相关研究成果依据研究方法分类,从理论分析、模型试验和数值模拟对研究现状进行总结。建议对复合地层各覆土层沉降规律、支护力不足时的破坏形状,影响极限支护力因素的粘聚力、内摩擦角及地下水渗流进行深入研究,通过数值模拟分析各覆土层沉降曲线,利用模型试验研究复合地层地面塌陷机理,总结各覆土层沉降规律和地面塌陷模式,从而提出更加适用于复合地层的地表沉降计算公式和地面塌陷破坏模型。     

软黏土地层基坑开挖对旁侧隧道影响离心模型试验研究

为研究软黏土地层基坑开挖对旁侧隧道的影响,开展了相似比为1∶120的离心模型试验。试验获得了基坑开挖引起的地层不排水抗剪强度、土体孔隙水压力、隧道周围地层水平向土压力、地表沉降、隧道沉降和弯矩响应规律。试验结果表明:①基坑底暴露导致坑底和隧道周围土体超孔压长时间演变,并伴随着隧道周围地层水平向土压力大小和分布形式的持续变化;②基于竖向有效应力衰减程度的土体扰动度评价方法,发现位于坑底下方0.3倍和0.7倍开挖深度处的土体扰动度分别达到了0.33,0.21;③因既有隧道的约束作用,围护墙外侧地表沉降主要位于Peck(1969年)预测的地表沉降Ⅱ区;④基坑开挖完成后,地表沉降、隧道沉降和弯矩持续发展,开挖完成815 d后隧道总沉降达到了开挖期间沉降的1.6倍。固结和蠕变变形是开挖卸载后隧道变形和内力持续发展的主要原因,实际工程中应尽量减少坑底暴露时间。     

双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测

结合中国第一条双圆隧道工程施工,对双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测方法进行了论述.文章以双圆盾构隧道区间施工为实例给出了双圆盾构推进过程中周围土体的变形、土压力、水压力变化的监测方法与测点布置方案,据此监测方案,可以详细监测与分析盾构推进过程中周围土体的地表变形、深层土体变形及土体中的土压力、水压力的变化,从而揭示盾构推进对周围的土体环境的扰动影响规律.     

双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测

结合中国第一条双圆隧道工程施工,对双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测方法进行了论述.文章以双圆盾构隧道区间施工为实例给出了双圆盾构推进过程中周围土体的变形、土压力、水压力变化的监测方法与测点布置方案,据此监测方案,可以详细监测与分析盾构推进过程中周围土体的地表变形、深层土体变形及土体中的土压力、水压力的变化,从而揭示盾构推进对周围的土体环境的扰动影响规律.     

基于离心模型试验的基坑突涌模式及机制研究

在软土地区,由承压水诱发的突涌是影响深基坑工程安全和稳定性的最重要因素,也是设计和施工亟待解决的关键技术问题。借助土工离心模型试验,就不同隔水土层、不同坑内桩基类型及平面布置对基坑突涌稳定及破坏模式的影响进行系统的试验研究。试验结果表明:软土地区承压水基坑突涌模式主要有3种:接触面涌水涌砂破坏、整体顶升破坏和隔水层表面砂沸破坏,与实际工程案例比较吻合。通过理论分析,认为基坑发生突涌的内在机制分别为:接触面涌水涌砂破坏是由于隔水层土体与地下结构接触面发生水力劈裂引起的;整体顶升破坏为地下结构与土体接触面或附近发生剪切破坏所致;表面砂沸破坏为隔水层在下部承压水作用下发生复合的拉剪破坏和剪切破坏的结果。     

近松散层开采孔隙水压力变化 及其对水砂突涌的前兆意义

 开采沉陷离心模型试验表明,采空区和煤柱上方的黏土层中的孔隙水压力在煤层开采之后,出现积聚和消散现象,超静孔隙水压力增量最大可达垂直自重应力的15%～22%。采动孔隙水压力监测模型的试验表明,采动引起的承压含水层中孔隙水压力的变化特点同煤层开采进度以及顶板周期来压密切相关,煤柱上方含水层中孔隙水压力一般表现为先升高后降低,工作面上方含水层中孔隙水压力变化与开采位置有关,当工作面通过测点下方时,孔隙水压力出现明显的下降,当测点处于采空区中部时,孔隙水压力升高并会保持一段时间。采后顶板下沉期间各测点孔隙水压力均呈下降趋势。突砂模型试验表明,一旦抽冒或形成水砂突涌后,含水层内孔隙水压力表现为剧烈下降并形成瞬时负压,水压下降后随突涌过程发展保持在某稳定水平上,突砂口附近呈现相应的水力坡降。由以上试验结果可知,孔隙水压力可以作为近松散含水层开采溃砂灾害预警和监测的重要前兆信息源。     

水平双液旋喷施工对周围环境的影响

水平双液旋喷施工技术作为一种新的施工工艺,具有成桩质量均匀、早期强度高、施工效率高等优点,能够在有地下水流动的多种复杂地层中施工。主要介绍了在上海地铁11号线白丽新村站地铁进出洞口进行的5根水平旋喷桩试验性施工,在施工过程中量测了孔隙水压、侧向土压、深层土体水平位移及地表变形。结果表明,孔隙水压和侧向土压随着浆液压力和不同施工阶段的变化而变化,在施工过程中会引起一定程度的地表变形和深层土体水平位移,但随着地层内部压力的减小,地表变形和深层土体水平位移均有所回弹。     

土压平衡盾构施工地面塌陷的原因及对策

目前城市地铁隧道施工中已广泛应用土压平衡盾构机,虽然施工时有利于控制地层位移,但受工程地质、水文条件影响和周边环境制约,仍存在大量施工风险,地面下沉和塌陷事故屡有发生。分析土压平衡盾构施工引起地面塌陷的原因,找出土压力管理的方法,通过分析典型土压平衡盾构机施工地面塌陷事故,提出减少和避免事故的对策。     

板岩地层盾构掘进对地层扰动的现场试验研究

长沙地区板岩的特点是遇水易软化、崩解,目前未见对该地层盾构掘进引起地层扰动的相关研究。以长沙地铁2号线西延线一期工程为依托进行了现场试验,监测内容包括:地表沉降、土体水平位移、土压力和孔隙水压力,同时记录掘进参数。通过分析得知:(1)板岩地层盾构总推力、扭矩和土仓压力是同步变化的,埋深不变时土仓压力随着隧道断面内微风化板岩所占比例的增加而增大;(2)地表沉降、土体水平位移、土压力和孔隙水压力随着切口到断面距离的变化规律基本一致;(3)各测点横向地层位移最大值约为轴向的1.1~2.6倍;(4)根据土体应力随切口到断面距离变化规律,将应力扰动分为缓慢减小段、波动段、缓慢变化段和恢复段4个阶段。     

砂卵石地层浅埋盾构隧道开挖面稳定模型试验

为探究浅埋砂卵石地层对盾构开挖的响应及开挖面的稳定性规律,设计了土压平衡盾构精细模拟装置,并开展室内模型试验研究。试验分析了浅埋砂卵石地层盾构开挖面变形对地表沉降、沉降槽形态的影响,得到了开挖面的破坏模式及变形破坏细观过程,并与纯砂地层试验进行对比。研究结果表明:(1)不同空间位置土体对开挖面位移的敏感性不同,但土体的破坏规律相似;(2)随开挖面位移增大,地层沉降–开挖面位移曲线表现出不敏感阶段、缓慢线性沉降阶段、加速沉降阶段、快速线性沉降阶段等4个阶段的规律;(3)浅埋情况下土体未出现局部失稳,经历弹性变形、弹塑性破坏之后直接发展为整体失稳破坏;(4)砂卵石土沉降槽两侧在对称性上存在差异;(5)浅埋砂卵石地层中盾构开挖对侧面土体影响范围较小,对前方土体影响范围较大。     

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。     

浅埋隧道施工扰动下含空洞土岩复合地层变形规律研究

隧道施工具有隐蔽性、不确定性等特点,而空洞作为常见的不良地质现象在隧道施工过程中极易引起地层发生大变形、坍塌等现象.针对浅埋地铁隧道施工扰动下含空洞土岩复合地层的变形规律进行分析,研究结果表明:空洞的存在改变了地层变形分布规律,地表及土岩分界面沉降曲线分布形状及变化规律与空洞所处位置息息相关;隧道施工过程中地表沉降曲线随空洞位置偏移发生相应偏移,但空洞对地表变形影响范围有限;隧道开挖对土岩分界面的沉降规律影响较大,在整个施工阶段土岩分界面的沉降过程可分为"缓慢变形阶段""急剧变形阶段"及"变形趋稳阶段".研究结果可为含空洞土岩复合地层隧道施工及灾变控制提供参考.     

紧邻基坑的地铁隧道跟踪注浆保护模型试验

以宁波轨道交通3号线陈-姜区间隧道为依托,开展了紧邻基坑的地铁隧道跟踪注浆保护模型试验研究,测试了隧道的位移、隧道外侧土压力与孔隙水压力、地连墙压力和位移及地表位移等,分析了注浆在土体内部的流动机理及对隧道位移的影响机理,结果表明:注浆后隧道位移有一定幅度的减缓,注浆停止后位移继续增大;土体中孔压、土压力增量较小,约为注浆压力的1/70~1/50,且注浆压力受土体阻力作用后快速衰减;注浆距墙体较近时,地连墙压力、水平位移显著增大,对基坑稳定不利;跟踪注浆的劈裂面平行于地连墙长度方向,浆液沿着土体应力最弱面,即小主应力面垂直方向进行劈裂。     

地铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土动力响应研究

以上海地铁二号线静安寺站-江苏路站区间隧道周围饱和软黏土为研究对象,通过对隧道周围不同位置、不同深度土体中预埋土压力盒和孔压计,进行现场连续动态监测,对地铁振动荷载作用下饱和软黏土的响应频率、土体响应应力幅值随距离地铁隧道远近以及土体响应应力幅值随深度的变化规律进行研究,并提出了土体动力响应衰减计算公式,利用该式可以计算出地铁列车经过时的影响范围及其动力响应值的大小,可以预测与估算地铁列车振动荷载对周围建筑物的影响情况,为地铁设计、施工以及安全运营提供有价值的参考。     

砂土中静压挤土桩周压力的监测与研究

在城市中,传统锤击桩等动力沉桩产生了包括噪音、振动等环境问题。而静压桩由于其对环境影响比较小等特点得到了越来越广泛的应用。通过模型试验研究了静力压桩过程中桩周砂土的侧向土压力的发展规律。文章监测了整个沉桩过程中几组测点的土压力的发展,当桩尖向下刺入接近测点时,土压力急剧增长;当桩尖继续下沉到测点以下,测点处的土压力又急剧减小;当桩体尚未刺入到测点深度的时候,测点处的土压力就会提前达到峰值。由沉桩引起的侧向土压力最大值沿径向呈指数函数衰减,而随深度呈近似的线性增长。模型试验对比了不同沉桩速度所需的沉桩贯入力,发现沉桩速度越快,需要的沉桩贯入力越大。沉桩速度的快慢对桩周土体压力的产生没有明显影响。     

平行隧道开挖引起场地沉降的透明土模型试验研究（英文）

为了便捷现代城市交通,地铁系统普遍采用平行隧道模式。平行隧道开挖引起的场地沉降预测一般基于单一隧道工况,利用简化叠加法生成变形剖面,而没有考虑两个隧道之间的相互作用。采用透明土模型试验技术,自主研发平行隧道模型试验装置及试验方法,研究了在砂质场地上开挖平行隧道引起的地表和地层沉降特性。通过模型试验探索了平行隧道间距、土体损失率、埋深等要素对地表和地表沉降的影响规律。在此基础上,量化了土体损失率和场地沉降值间的数值关系。此数值关系可为砂质场地中平行隧道施工与设计提供参考依据,也为隧道间距初选以及埋深的初步确定提供理论支撑。     

贵阳地铁1号线新长区间浅埋暗挖法施工地表沉降规律

研究贵阳地铁1号线新长区间浅埋暗挖法施工地表沉降规律,认为地表沉降在时间上经历稳定及微小变形阶段、急剧变形阶段和趋于稳定三个阶段,采用修正Logistic函数对测点变形曲线进行拟合分析,拟合曲线与实测曲线吻合较好,模型拟合的精确度较高。同时提出了类似地质条件下地表沉降预测分析模型方程。通过对横断面沉降曲线分析,认为距离相近的单线双洞隧道,先通过的隧道地表沉降量完成总沉降量的60%以上,后通过隧道地表沉降较小。     

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.