湖下隧道覆土厚度对结构及地层影响效应

湖泊、河流等下穿隧道穿越不同覆盖地层时,衬砌结构受到浮力作用容易发生上浮,对所处地层也有一定程度的影响,为保证施工安全,隧道上方覆土层厚度对衬砌结构和地层位移等影响,必须在施工前进行影响效应分析。针对此问题,文章以穿越某城市湖泊隧道工程为依托,根据地质条件建立了三维数值模型,计算了不同覆土厚度条件下衬砌结构及土体位移和应力的变化情况,研究结果表明符合工程施工安全要求。     

考虑黄河冲刷要求的盾构法隧道最小覆土厚度分析

 针对兰州地铁1号线下穿黄河段盾构法隧道的最小覆土厚度问题,基于高压富水弱胶结砂卵石地层特性,分别提出由盾构掘削面稳定性与盾尾后方隧道抗浮稳定性决定的最小覆土厚度的修正算法,明确盾尾后方隧道受到的总浮力可以归纳为因浆液包裹产生的静态上浮力,以及地层应力引起的竖向不平衡力对应的动态上浮力,计算发现隧道抗浮稳定性要求的最小覆土厚度明显大于1.0 D(D为隧道直径),《地铁设计规范》(GB50517-2003)提出一般不宜小于1.0 D的最小覆土厚度有待进一步完善。在考虑隧址附近既有桥墩影响条件下,得出考虑冲刷要求的隧道最小覆土厚度方案是安全可行的,同时明确既有构筑物局部冲刷对新建构筑物的影响。研究结论可为盾构法隧道浅覆土穿越江河的稳定性控制奠定理论基础。     

大断面盾构隧道施工抗浮计算研究

基于大断面盾构隧道施工中经常碰到的上浮问题,首先讨论了盾构隧道施工中管片上浮的原因:水、注浆所用浆液、泥水盾构所用泥浆等所产生的浮力,以及建筑间隙的存在、施工过程对上覆土的扰动等,都可能是盾构管片上浮的原因.进而对盾构隧道抗浮问题进行了计算分析,在上覆土荷载及管片自重荷载之和小于管片所受浮力的情况下,重点考虑了邻接管片对上浮管片的约束作用(管片环间的摩阻力以及管片纵向连接螺栓自身的抗剪切能力),以及剩余力对上覆土产生的压缩效应.分析结果表明:隧道上浮问题的产生与否不仅与管片自重、上覆土荷载以及受到的浮力大小有关,也与管片本身特性有关;隧道抗浮控制既可以从改善上覆土性能,增加上覆土厚度入手,也可以从改善管片自身受力性能入手,诸如增加纵向螺栓数量、加大螺栓直径、加大螺栓紧固力、设置剪力键等.     

海底盾构隧道最小覆土厚度选取探讨

覆土厚度的选取与海底隧道的安全与造价息息相关，是水下隧道纵断面线路设计的主要参数之一。目前对于最小覆土厚度的确定方法我国还没有一个统一的准则。文章针对珠江三角洲水资源配置工程狮子洋段盾构隧道覆土厚度选取问题，结合国内外海底隧道的相关工程案例，通过三种理论模型分析研究了覆土厚度的取值范围，并利用有限元数值计算方法对理论分析结果进行验证。结果表明：理论模型中，改进计算方法和修正考虑注浆力计算法计算结果更加合理，得到了该海底盾构隧道最小覆土厚度为18m左右。     

长江小直径浅覆土盾构隧道上覆土增厚技术

上覆土对盾构施工的影响十分突出。以常熟电厂取水隧道盾构施工为研究背景,针对长江下游水域小直径盾构隧道上方覆土较薄的情况,通过对江底浅覆土中盾构机推进时的受力状态进行分析,利用理论计算的方法得出覆土的最小安全厚度,然后阐述了利用充填砂袋的方式分层对盾构机上方的土层进行增厚施工,最终使得盾构机顺利通过江低浅覆土区域。     

上海长江隧道抗浮模型试验与理论研究

饱和软土盾构隧道施工中,对于刚脱出盾尾的隧道经常会出现局部或整体上浮,隧道直径越大、覆土越浅,上浮现象越为突出,表现为隧道错台大、螺栓被剪断乃至轴线偏位,影响到隧道的稳定和施工质量等,传统抗浮设计未能考虑处于时变特性单液浆中隧道的浮力动态因素,现行相关设计规范也没有对隧道抗浮设计和施工措施做出明确的规定。文章首先介绍了上海长江隧道抗浮模型试验与结果,确定了超大直径隧道动态上浮力,以此为基础提出了隧道上浮稳定机理,并建立了盾构隧道上浮计算的理论模型,据此进行了上海长江隧道抗浮验算,并提出了相应的抗浮技术措施。     

哈尔滨市松花江隧道顶部覆土安全厚度预测模型

针对拟建哈尔滨市松花江隧道的施工过程，首先假定考虑各种不同工况及场地条件下的40种施工设计模型，建立尽可能逼近实际问题的有限元数值分析模型，反复进行模拟计算，据此绘制各单项影响因子与隧道顶部覆土安全厚度之间相互变化关系曲线，并分别给出其高精度的拟合关系式。同时讨论各单项影响因子与隧道顶部覆土安全厚度之间的相关变化规律，从而遴选出影响隧道顶部覆土安全厚度的主要影响因子，然后采用多元逐步回归分析方法，获得能够综合体现各主要影响因子共同作用的隧道顶部覆土安全厚度预测模型。最后，以一相似的隧道工程为例，对所得到的隧道顶部覆土安全厚度预测模型进行有效性与可靠性校验。     

盾构隧道穿越水底浅覆土施工技术对策

从盾构开挖面平衡状态及隧道水底抗浮平衡条件着手，推导了土压平衡盾构开挖工作面水土压力与密封舱内压力动态平衡公式，得到了盾构穿越水底浅覆土保持土体及隧道稳定所需的最小覆土厚度。结合南京地铁南北线一期工程，提出超浅覆土情况下水底隧道盾构施工应采取的工程对策。并介绍了南京地铁试验段工程采取的措施及取得的效果。相关结论可供水底隧道、地铁区间隧道浅覆土进出洞盾构施工参考。     

南京地铁1#线隧道典型区段施工技术

结合南京地铁1^#线施工实践，介绍了该地铁沿线浅覆土条件下的水下盾构施工、大跨度软流塑土层下的管棚施工及浅覆土建筑物下岩层控制爆破等难点区段的施工技术，希望对同类地层条件下的隧道施工提供借鉴。     

地面出入式盾构隧道受力变形特性数值分析

地面出入式盾构隧道(GPST)是一种不需要工作井的新型盾构工法,在国内首次应用于南京地铁。盾构机从地面直接出发,隧道所受荷载与一般隧道有很大区别,传统的惯用法是否适用尚存疑问,因此需要进一步研究隧道的受力变形特性。本文以地面出入式盾构施工过程中出现的负覆土—零覆土—浅覆土工况作为研究对象,建立精细化隧道三维模型,分析隧道在不同覆土厚度工况下的受力变形规律,并获得相应的横向刚度折减系数。同时针对土体侧向土压力系数K₀进行参数分析,揭示不同地层条件下隧道收敛变形的变化规律。研究表明,横向刚度折减系数随覆土深度增加而增加,而且随着覆土厚度的增加,变形模式由“横鸭蛋”变为“竖鸭蛋”的临界K₀系数值逐渐增大。     

水下隧道合理覆盖层厚度数值模拟研究

合理的确定水下隧道覆盖层厚度是建设水下隧道关键技术之一.一方面,覆盖层厚度是水下隧道建设的一个重要经济指标.在水下隧道线路方案确定以后,覆盖层厚度的大小直接决定着水下隧道的长度,从而影响水下隧道的建设费用.另一方面,覆盖层厚度还是控制水下隧道施工和运营安全的一个重要因素.文章通过有限元流固耦合分析,提出了长沙市湘江大道浏阳河隧道合理覆盖层厚度,直接指导了该隧道设计,同时对其它水下隧道设计具有借鉴作用.     

浅谈盖挖法在城市的浅埋式结构工程中的应用

站前路—站南路人行隧道主通道位于站前路路中 ,隧道结构覆土厚度 2m ,覆土层有各类管线交错分布。通道采用了盖挖法施工 ,既解决了地面全断面行车 ,又确保基坑上部管线及邻近建筑物的安全 ,减少了基坑施工周期。     

盾构隧道最小覆土厚度计算方法适用性研究

盾构隧道最小覆土厚度的计算方法中,地下水位、结构外径、同步注浆浆液重度、土体黏聚力和摩擦角、土体重度等都是主要参数变量。以上海某地铁隧道为例,通过单变量分析,得出不同计算方法的敏感变量和非敏感变量,为盾构隧道的设计施工提供一定的技术指导。     

浅覆土大断面盾构隧道横截面受力变形特性研究

采用三维荷载—结构模型分析不同覆土厚度和侧向土压力系数k0条件下盾构隧道横截面内力和变形的变化规律。研究结果表明:覆土较浅情况下,隧道收敛变形呈"竖鸭蛋"状;覆土较深情况下,隧道收敛变形呈"横鸭蛋"状。覆土深度为9m时,隧道水平收敛变形等于竖向收敛变形,隧道呈圆形。随着覆土深度的增加,变形形式由"竖鸭蛋"变为"横鸭蛋"的临界k0值逐渐增大。管片轴力均为压力,在不同覆土深度和k0情况下,管片轴力和弯矩极值出现位置相同,但覆土深度不同时,弯矩极值的符号不同。     

基于间距折减法浅埋小净距交叉隧道安全性分析

为解决交叉隧道的安全性评定问题,类比边坡工程中的强度折减法,以既有隧道允许的最大沉降值为判据提出交叉间距折减法。应用FLAC^3D软件模拟探究了不同覆土厚度、交叉角度对上部既有隧道的影响规律。当交叉角度为90°,覆土厚度分别为15、20、24、30 m时的临界交叉间距为3、4.5、7、11 m。当覆土厚度为26 m,交叉角度分别为0°、30°、45°、60°、90°时的安全净间距为6.8、7.6、8.9、8.1、7.4 m。结果表明,新建隧道对既有隧道的影响随覆土厚度增加而增大,随交叉角度增大呈现先增大后减小的趋势。为验证方法的合理性,以盘道岭隧道为背景对3种支护方案进行了交叉间距折减检验进行安全性评估。现场监测表明,开挖前进行的管棚支护较好地控制了对上部公路隧道的影响。     

填方隧道地震响应影响因素分析

以某隧道工程为例,建立了隧道地震动力分析数值模型,对高烈度地震区对填方地基修建的隧道结构进行动力响应特征研究,探讨隧道不同衬砌厚度、混凝土强度及覆土厚度等参数对隧道衬砌结构受力状态的影响。研究结果表明:在地震荷载作用下,衬砌厚度和覆土厚度对隧道各部位弯矩荷载值及剪力荷载值影响较大,特别是在衬砌底板与中墙连接部位影响显著;衬砌混凝土等级超过C30后对隧道衬砌结构的受力状态影响很小;对于隧道上部的回填覆土,应尽量避免单侧覆土,必要时增加水平支撑的方式以改善隧道受力状态。     

基于模型试验的盾构隧道施工期浆液浮力计算

在盾构法施工隧道时,刚脱离盾尾的管片被同步注浆浆液包裹,受到浆液的浮力作用。浆液不同于一般的流体介质,浮力的规律值得研究。通过室内材料试验和模型隧道抗浮试验,研究隧道结构在同步注浆浆液中浮力的变化规律,建立了单液浆包裹下隧道浮力的计算理论,为进一步研究实际隧道掘进施工时的稳定性提供依据。     

盾构隧道开挖面极限支护压力研究

针对盾构隧道开挖面稳定的极限支护压力,通过理论计算与现场实测的对比分析,提出了不同地层隧道上覆土压力的计算原则,将条分法的思想引入盾构开挖面的稳定性分析,导出了开挖面稳定的极限状态方程,据此可求得盾构隧道开挖面稳定的极限支护压力。最后,结合具体的工程实践,将前述理论和方法应用于临界滑动面的搜索和极限支护压力的计算。上述研究成果对于指导盾构隧道的设计与施工具有重要的作用。     

盾构穿越已建隧道的影响分析及应对措施

通过研究盾构法施工对地层的扰动以及隧道的受力变形特征,结合上海地铁盾构穿越隧道的工程实践,探讨了盾构施工对已建隧道变形的控制措施,获得了一定经验。同时指出,注浆工艺和上覆土厚度对隧道变形的影响应引起足够重视。     

通车荷载下不同覆土厚度的地铁隧道开挖对管线安全性的影响

地铁隧道的开挖将对临近的地下管线造成较大的影响。当管线附近同时存在新隧道开挖和通车中的地铁时,管线将同时受二者的影响。采用三维有限元方法分析在临近的地铁通车荷载作用下,不同覆土厚度的地铁隧道因开挖造成的地表沉降值和沉降槽曲线。利用沉降值和沉降槽曲线推算出保证管线安全性的控制参数。并得出新建隧道的覆土厚度对参数的影响,再将计算值与实测值进行比较。研究结果表明：(1)通车荷载的考虑和新建隧道的不同覆土厚度对参数的影响较大。(2)随着覆土厚度的增大,地表最大斜率和Smax/i有所增长,增长趋势随覆土厚度增大而减缓。(3)随着覆土厚度的增大,地表最大沉降值和地表损失系数呈现线性增大趋势。(4)随着覆土厚度的增大,沉降槽拐点曲率呈现线性降低趋势。(5)通过计算值与工程实测值的对比可知,有限元模拟结果与实测结果吻合,所推公式求得的参数与实测值求得的参数相吻合。