基于影像源法的基坑开挖引起的土体水平位移预测

基坑开挖将使土体产生附加水平位移,过大的水平位移会使邻近地下结构物受到破坏。基于影像源法,并充分发挥基坑围护结构易于实测的优势,推导了在基坑开挖下的坑外土体水平位移半解析式,分析中,通过定义土体的不均匀收敛系数,考虑了当前研究中大都忽略的土体收敛非均匀性,与实际情况更接近。同工程实测数据的对比验证了所提方法的准确性。进一步参数分析表明:不考虑土体收敛非均匀性的坑外土体水平位移计算值同实测相比,会低估上部土体水平位移,高估下部土体水平位移,因而同实测出现一定偏差,且当土体愈靠近基坑,偏差愈明显,可见考虑土体的非均匀收敛愈有必要。计算发现,当不均匀系数介于3～6时,计算结果同实测吻合较好。本文研究成果可为预测基坑开挖诱发土体水平位移提供一种新的探究思路。     

基于Pasternak地基的盾构隧道开挖非连续地下管线的挠曲

盾构隧道开挖引起地下管线挠曲的准确预估对于其损伤评估与防护控制至关重要。引入Pasternak地基模型,采用有限差分方法推导了盾构隧道开挖地层损失下带接头管线的挠曲解答。经与离心机模型试验结果及连续弹性解对比,验证了该理论解答的适用性及其在运算效率方面的优势,并给出了地基剪切刚度的取值建议。参数分析发现,接头刚度会对管线挠曲产生显著影响,随接头刚度的增大,管线最大挠度降低,挠曲线形态趋近于连续管线;此外,接头数量及其分布也会对管线挠曲产生影响,其影响程度随接头数量的增大而削弱。     

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。     

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。     

泥水盾构下穿堤防的风险分析及控制研究

 采用泥水盾构法在软土地区修筑水底隧道时,不可避免地要穿越堤防。对泥水盾构穿越堤防的风险源进行系统分析,阐述风险产生的原因、造成的危害及规避和处理措施,并结合杭州庆春路过江隧道泥水盾构穿越钱塘江南岸大堤的工程实例,验证所述风险控制措施的合理性及可行性。分析表明,优化的泥水盾构掘进参数控制,主要包括合理的切口泥水压力设定、良好的盾构姿态控制、及时有效充分的盾尾同步注浆等、外部不利条件的避免,如持续降雨、江河汛期、堤防顶面道路车辆荷载等、实时精准的监测,详实可行的应急预案的制定等,可以降低或规避泥水盾构穿越堤防的部分风险,以确保堤防结构及施工安全。     

考虑桩基剪切效应的盾构开挖对邻近桩基水平向变形分析

盾构隧道开挖将引起土体卸荷,会对邻近既有桩基产生不利影响,为探究既有桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应规律,针对已有研究的不足,提出了一种在邻近盾构开挖下能考虑桩基剪切效应的计算桩基水平向响应的简化算法。首先既有桩基被视为置于Pasternak双参数地基上的铁木辛柯梁,然后由两阶段法建立起考虑桩基剪切效应的桩基水平向变形控制微分方程,利用有限差分法解得附加荷载作用下的桩基水平向变形解析解。通过离心试验、监测数据的对比,验证了该方法的合理性。并在给定的桩土参数下,把同时考虑桩基剪切和弯曲变形的解析解与只考虑桩基弯曲变形的退化解进行对比,发现较之于欧拉–伯努利梁法,盾构对桩基扰动程度的影响,扰动越大,剪切效应体现越明显,由铁木辛柯梁法计算的位移值与弯矩值更接近实测数据。     

泥水盾构掘进参数对地面沉降影响实例研究

通过对杭州庆春路过江隧道施工中泥水盾构掘进参数及地面沉降的分析,讨论泥水盾构掘进参数对地面沉降的影响。分析表明:①适当提高切口泥水和同步注浆压力使地面微量隆起,可抵消部分地层损失,降低地面总沉降量;②及时快速的盾尾同步注浆是减少盾尾地层损失的关键,而单纯增加注浆量并不能起到控制盾尾沉降的作用;③在保证掘进稳定均匀的前提下,提高掘进速度可以降低地面沉降,相反,盾构长时间搁置会加剧地面沉降;④适当降低刀盘扭矩的同时加大转速,可以加快推进速度,减少刀盘的扰动和盾构偏转,同时降低切削土块的尺寸,减少盾构掘进泥浆管堵塞的风险;⑤良好的盾构姿态控制,可以减少超挖以及盾壳对周围土层的摩擦、挤压,从而减少地层损失和固结沉降;⑥盾构掘进所致地面隆起变形较无规则,使得横断面地面沉降偏离高斯曲线分布。     

泥水盾构隧道施工引起的地面沉降分析及预测

通过对杭州庆春路过江隧道泥水盾构施工地面沉降监测数据的分析,总结了地面沉降的特点及影响因素,并结合实测数据给出了地面沉降的修正双曲线预测公式.分析表明:Peck公式适用于杭州软土地层中泥水盾构施工引起的地面沉降预测,其中地面沉降槽宽度参数K取值0.25～0.32,地层损失率V1取值0.04％～0.33％.地面沉降主要为盾构脱离0～5 d或6d内的盾尾沉降以及扰动土体长期固结沉降,分别约占总沉降量的57.27％和41.08％.适当提高切口泥水及同步注浆压力使地面微隆,可以抵消部分地层损失,减少地面沉降.由地层损失引起的横断面地面沉降曲线较规则,基本呈现高斯曲线分布;而地面隆起变形较无规则,会使沉降曲线偏离高斯曲线分布.引入新参数C后的修正双曲线模型可用于泥水盾构软土地层中施工引起的地面沉降的预测.     

隧道坡度对盾构掘进引起地面隆陷的影响

基于Mindlin解,经数值积分计算了盾构以一定坡度掘进时切口附加推力与盾壳摩擦力的竖向分量引起的地面竖向位移,并通过现场实测验证了其合理性。计算表明,随盾构俯仰角的增大,在切口附加推力与盾壳摩擦力竖向分量的作用下,沿隧道纵向地面竖向位移呈现总体上移趋势,且切口前方最大隆起出现的位置更加靠近切口;盾构俯仰角一定时,随隧道埋深的加大,切口附加推力与盾壳摩擦力竖向分量作用下的地面最大隆起呈指数型下降。     

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。