施工阶段盾构衬砌结构受力特性影响因素数值分析

基于盾构隧道衬砌结构三维有限元模型,分析千斤顶推力、注浆压力及土体摩擦系数3个因素对衬砌管片施工期受力特性的影响,并总结出3个因素的变化对衬砌环拱顶、拱腰及拱底等不同位置的影响规律。通过施工对衬砌影响因素权重分析,可得千斤顶推力及注浆压力等管片受力影响较大,而土体摩擦系数较小,可为今后调整施工阶段的施工参数以及管片施工期控制提供参考依据。     

上海软土深埋盾构施工引起的土压时效规律分析

针对上海软土地区深埋盾构开挖所引起的土压力时效性发展规律,选取4倍直径埋深盾构,布设土压力全断面长期监测点,获取盾构开挖阶段及后期固结蠕变阶段的土压力数据,以得到深部地层的土压时效变化规律。通过现场试验可得,盾构开挖所采取的土仓压力按照理论静止土压力取值时,刀盘周围会形成半径为1~1.5D的被动土拱效应作用区域,土拱范围内会产生20%的被动土压力增幅,土拱以外的范围不受开挖扰动影响。盾构掘进所产生的被动土拱挤压效应在盾尾注浆浆液硬化后开始逐渐衰减,衰减主要作用阶段为开挖后1~3年,深层土体衰减后进入长期蠕变阶段。试验表明,软土深部地层盾构开挖会产生一定程度的土拱效应,且土拱效应在后期固结蠕变过程中逐步衰减,可为今后软土深部地层盾构隧道设计及施工的土压力取值提供一定参考依据。     

基于环向失稳的浅埋盾构隧道极限支护压力分析

基于数值模拟和理论分析,从环向角度对浅埋盾构隧道开挖面稳定性及极限支护压力进行了研究。通过弹塑性有限元数值模拟,获得了开挖面支护力与变形的关系和最终破坏模式,发现破坏模式主要受内摩擦角和埋深比影响较大,而受黏聚力影响较小。根据得到的破坏模式,建立了一种基于单参数变量的极限平衡模型,通过优化分析得到最危险破坏面和极限支护力。将极限支护力表示为黏聚力、上覆荷载、土体重度与其影响系数乘积的叠加形式进行了分析,其呈现为随内摩擦角、埋深比、侧向支护压力比增大非线性减小、随黏聚力增大近似呈线性减小的规律。通过与数值模拟和离心试验结果对比,验证了所建模型计算极限支护力的合理性。     

盾构隧道渗漏等级模糊层次综合评判

针对以往盾构隧道渗漏等级评价方法仅采用单一评价指标的不足,提出盾构隧道渗漏等级模糊层次综合评判方法。在对渗漏状态各变量分析的基础上,构建了渗漏等级评价指标体系和递阶层次评价结构。根据专家对各指标相对重要程度的评分,得出各级指标判断矩阵,由根法求出判断矩阵的特征值和权重向量,并通过一致性检验证明了判断矩阵的合理性。建立抉择评判集以量化所提出的评价指标,并选择常用隶属函数来确定各个评价指标对于抉择评判集的隶属度。在此基础上,对工程实例进行渗漏等级模糊层次综合评判。实例结果表明,模糊层次综合评判方法不仅全面地考虑了软土盾构隧道渗漏等级的各个因子,而且可以得出各级指标的综合评判值,进而为科学评估盾构隧道渗漏等级提供了一种新思路。     

盾构埋深对软土土拱效应影响分析

软土盾构深埋隧道竖向荷载的选取直接关系到工程的经济性与安全性。在软土地层的盾构隧道设计是否需要考虑土拱效应,关系到盾构设计的荷载取值。从应力场变化和不均匀变形的角度,分析土压力拱的作用机理,得到管-土刚度埋深对"土拱效应"的影响。软土中盾构隧道埋深越大,拱效应发挥越充分,但土拱效应比例值与埋深并非线性关系。盾构在软土2倍直径埋深及以下深部地层中开挖,土拱效应开始发挥作用。当埋深达4D时,拱效应发挥至23%。埋深范围与软土拱效应比例的对应,对软土隧道竖向荷载的取值有一定指导意义,可为后期软土不同埋深的盾构设计提供依据。     

通缝盾构隧道衬砌施工期三维力学特性数值研究

建立软土条件下通缝拼装盾构隧道衬砌三维有限元模型,实现对施工期衬砌结构所受外力作用的模拟,包括盾构千斤顶推力、注浆压力、土层应力等,并分析它们对衬砌结构力学性能的影响。其中,千斤顶推力过大和不均匀加载对管片的纵向变形影响较大,不均匀加载还会导致管片错台,而千斤顶推力偏离轴线则会导致管片接缝张开。注浆压力出现异常极大值,管片变形则会非常大。土层对管片变形直接影响较小,管片变形主要为竖向位移。     

上海地区特深圆形竖井开挖承压水控制技术及效果

苏州河段深层排水调蓄工程云岭综合设施和苗圃综合设施竖井基坑施工首次要求对上海地区第三层承压含水层水位进行控制。结合云岭综合设施特深圆形竖井开挖承压水控制工程实例,在分析承压含水层的分布特点和工程采取的降水措施的基础上,以工程实测数据为基础,分析软土地区深层承压水控制工艺和控制效果。结果表明：工程采取的竖井地墙和外侧防渗墙两层隔水措施,首次实现了上海地区第三层承压水降水,最大水位降深达到57.8 m,保证了基坑的稳定性。实测数据显示防渗墙外的水位降深小于防渗墙与围护结构之间的水位降深,水位降深速率具有相同的规律;各土层孔隙水压力变化与承压水降水相对应,承压水水位开始恢复后,迎土面深层孔隙水压力明显增大,且深度越深,孔隙水压力增大的趋势越明显,迎坑面水压力变化则较为平缓。所得结论可为今后上海地区类似工程施工和深层地下空间开发提供参考。