中心城区地铁盾构施工引起的环境振动响应研究

以北京地铁8号线二期盾构施工长距离连续下穿中心城区古旧平房群工程为研究背景,首先,通过盾构作业面现场测试,获得了盾构施工振动振源的时程曲线,并分析了其频幅特性及主要影响因素;其次,对盾构施工引起的周围环境振动响应进行了现场测试,并分析了其纵向和横向上的时域与频域响应规律;在此基础上,考虑振动在地层传播过程中的距离与阻尼衰减,提出了盾构施工引起环境振动实用计算方法,并利用实测数据对其有效性进行了验证。上述工作可以为地铁项目建设的合理规划、设计和施工提供可靠借鉴。     

盾构隧道施工引起的地面变形计算方法研究

假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解,推导正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力引起的地面变形计算公式;提出土体损失引起的三维地面变形计算公式。将正面附加推力、摩擦力和土体损失引起的地面变形计算公式叠加,得到盾构施工引起的地面变形计算公式,该方法适用于施工阶段。算例分析表明,该方法的计算结果与实测值相当吻合。盾构施工引起的纵向地面变形曲线呈“S”形;隧道开挖面上方处轴线两侧的地面产生隆起现象;在正常施工时,盾壳与土体之间的摩擦力对地面变形的影响远大于正面附加推力。     

盾构施工引起地表振动响应的数值模拟研究

将北京市轨道交通八号线二期南段盾构隧道施工作为背景,基于工况的典型性分析,首先,利用盾构机作业面的现场监测,获得了盾构隧道作业振源的时程曲线并就其频幅特性进行了分析研究;其次,对盾构施工所引起的地表土体的振动情况进行了现场监测分析。在此基础上,利用Z-soil大型有限元分析软件,考虑隧道结构与周围土层的动力相互作用,以实测振源时程作为荷载输入,建立了地铁盾构隧道施工引起周围地表振动响应的三维数值分析模型,结合现场测试成果,分析了地铁隧道盾构施工引起的地表(纵向的和横向的)振动响应规律。上述工作可为类似工况下地铁盾构隧道施工引起周围环境振动响应的评估分析提供可靠借鉴,从而使得地铁项目的设计与施工更为合理。     

类矩形盾构施工引起地下管线竖向位移计算方法研究

为研究类矩形盾构不同施工工况引起的土体沉降,基于随机介质理论推导得到不同工况下的深层土体沉降公式,建立能量变分法控制方程,得到4种典型工况下类矩形盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法。通过算例对比分析4种工况下管线竖向位移的分布规律,验证了结果的正确性,并分析了管线埋深、土质条件和管线材质对管线竖向位移的影响。研究结果表明:该研究方法计算所得管线的竖向位移呈现正态分布;旋转工况下管线竖向位移关于隧道中轴线呈不对称分布,管线竖向位移在盾构下沉侧比上浮侧变化快;土质条件和管线材质对管线的竖向位移有较大影响,管线埋深对管线竖向位移的影响则相对较小。     

强夯施工引起的环境振动监测分析

根据沿海某碎石场地强夯施工过程中成功实施的地面振动加速度实时监测分析,得到了碎石土地基在强夯施工时的加速度衰减和传播特点,实现了动态化设计和信息化施工,保证了工程的顺利进行,所得结论可用于分析强夯地基处理的环境效应.     

盾构隧道施工期引起的地面沉降计算方法探析

在对目前计算盾构隧道施工引起的地表沉降的理论方法和经验方法进行对比分析基础之上,提出了Peck公式与随机介质理论的相关性,探讨了实际工程应用中的地表沉降计算问题。通过地表沉降计算式结合反分析法,可计算盾构隧道施工对环境影响的允许沉降值,当超过允许值时,即可判定施工质量存在问题,应通过调整施工参数和操作方法,将地表沉降控制在允许范围内。     

盾构施工引起地面长期沉降的理论计算研究

 对盾构施工引起的隧道轴线上方地面工后沉降进行研究,结果表明,土体开挖卸荷引起应力释放,产生初始超孔隙水压力,其分布呈三角形。假定衬砌不排水、土体为单面排水、压缩层厚度为隧道覆土厚度,采用太沙基一维固结理论,得到地面工后固结沉降的理论计算公式。假定地面长期沉降主要由施工期间沉降和工后固结沉降组成,进而得到地面长期沉降的理论计算公式。算例分析结果表明：该方法的预测值与实测值非常吻合;上海软土地区盾构隧道施工引起的地面长期沉降相当显著,最终地面沉降量在80 mm以上,固结沉降占总沉降量的80%～90%;按最小覆土深度5 m计算,需要2 a以上地面沉降才能最终稳定。     

马蹄形盾构施工引起的土体竖向位移计算研究

针对马蹄形盾构施工引起的土体变形,基于Mindlin位移解和随机介质理论,考虑不同因素对土体竖向位移的影响,提出了马蹄形盾构施工引起的土体竖向位移计算方式。研究结果表明,造成开挖面前方隆起的主要原因为马蹄形盾构施工的盾壳摩擦力;在取不同正面附加推力时,对隆起影响不同,表现为正面附加推力越大,隆起越明显;在土体损失率不同的工况下,土体损失引起的沉降量与土体损失率呈正相关。     

抽取地下水引起地面沉降的实用计算方法研究

基于一维固结理论,提出能够综合描述多种类型地下水在多层水水位变化情况下引起地面沉降的实用计算方法,在此基础上开发出用于分析计算大范围超采地下水引起地面沉降的计算程序,采用该程序对北京东部区域抽取地下水引起的地面沉降进行计算。通过与实测结果对比,验证了计算方法和程序的可靠性和合理性。     

重叠盾构施工引起土体变形的随机介质理论计算

对现有的随机介质理论进行拓展,引入适用范围更广的沉降槽宽度系数取值方法,通过对上线和下线盾构隧道分别计算再叠加的方法,建立重叠盾构隧道施工引起的土体变形计算方法,可以计算地表沉降、深层土体沉降和水平位移,将实测数据与计算结果进行对比。结果表明文中方法计算结果与实测数据比较吻合,具有可靠性;重叠盾构隧道施工引起的地表沉降呈V形;重叠盾构隧道施工引起的土体变形都在隧道轴线处达到最大值;随着深度增加,在隧道上方处的土体变形增大;盾构机在离开开挖面1.5倍上线隧道埋深后,沉降基本稳定,离开开挖面2倍上线隧道埋深后沉降不再增加;由于重叠盾构隧道上下线隧道埋深不同,两条隧道的关键参数取值也不同。     

基于能量法的双圆盾构施工引起管线沉降计算

引入隧道与开挖面的相对位置系数α,研究双圆盾构施工在不同工况下引起的深层土体沉降计算公式,以土体沉降计算公式为基础建立能量变分方程,得到双圆盾构施工引起地下管线沉降的计算方法。通过算例对比分析4种典型工况下管线沉降的分布规律,验证公式推导结果正确性,并进一步分析了管线埋深和土体损失率等因素对管线最大沉降的影响规律。研究结果表明:本文方法计算3种正常工况下的管线沉降曲线满足正态分布,旋转工况下管线沉降分布不均匀,最大沉降向下沉隧道侧偏移,另一侧的沉降量则相对较小;土体损失率对管线的沉降有较大影响,而管线埋深对管线沉降的影响则相对较小。     

复杂地层环境盾构施工引起管线变形实测分析

依托杭州西溪湿地供水管道工程,基于实测数据总结并分析了相关工程中盾构机掌子面位置变化引起管线沉降的变形规律.结果表明:(1)无论是交叉斜穿、侧向并行还是竖向并行,盾构施工各个阶段对周边管线的影响规律总体上保持一致;(2)各特殊地层条件下,受并行盾构施工影响的管线变形程度及波动幅度从大往小依次为:全断面软土地层>软硬不均...     

单圆和异形盾构隧道施工引起土体位移计算的类随机介质理论方法

随着城市建设的不断发展,地下可利用空间越来越少,以异形盾构为代表的新的隧道施工技术得到了迅速发展,研究与之相适应的土体位移预测方法是亟待解决的重要课题。将随机介质理论方法的思想引入到Loganathan公式,提出适用于任意断面形式隧道施工引起土体位移预测的类随机介质理论方法,并推导土体位移计算的一般公式。以单圆隧道和双圆盾构隧道为例,给出相应土体位移预测的计算表达式,通过多个实例计算分析,并与实测值及传统方法预测值对比,对所提方法进行验证及应用。结果表明:类随机介质理论方法对于单圆隧道施工引起土体位移的预测效果优于Loganathan公式和随机介质理论方法;对双圆盾构隧道施工引起土体位移的预测结果与实测值吻合较好,最大土体位移出现在左右隧道顶部。本文提出的类随机介质理论方法可用于任意断面形式隧道施工引起土体位移预测,适用范围广,计算结果可靠,为异形盾构隧道施工诱发土体位移预测提供了重要的理论依据。     

盾构施工引起的地表沉降分析

通过对由盾构施工引起的地表沉降进行了深入研究,对某地铁隧道盾构施工过程的数值模拟和经验公式计算,分析了盾构推进过程中地表处土体的位移和变形以及沉降分布规律,得出数值模拟的地铁隧道横向地面沉降分布曲线与实际沉降非常接近.     

盾构施工引起的土体位移计算公式

为计算由盾构法隧道开挖引起的周围地层变形,总结目前已有的计算公式,对由正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力和土体损失等引起的土体变形分别计算,然后把所得结果进行叠加得到盾构引起的总土体位移。     

顶管施工引起地表变形的计算方法

对顶管施工引起的地面变形计算方法的发展概况及研究进展进行了分析,把地面变形计算方法归纳为现场监测方法、数值计算方法、理论方法和实例数据分析法,并进行了比较,以更好地指导工程施工。     

盾构隧道施工松动土压力计算方法研究

在盾构隧道施工中,因管片支护和注浆填充,隧道拱顶土体位移受限制,土拱效应不完全发挥,土体剪应力小于其抗剪强度,使得Terzaghi松动土压力理论不适用于盾构隧道。针对这一情况,在Handy理论基础上推导了土的侧压力系数计算公式,得出侧压力系数的变化规律,其值与主应力旋转角度相关,其大小在主动土压力系数和被动土压力系数之间变化;并认为土拱效应的发挥和隧道拱顶位移相关,据此,在Terzaghi松动土压力理论基础上推导了一种可以考虑地层损失和管片刚度的松动土压力计算公式;并通过对土拱高度的讨论,提出一种简化的隧道施工扰动范围判断方法。     

考虑建筑刚度的盾构施工引致沉降计算方法

地表有建筑物存在时,地铁盾构隧道穿越建筑物施工引起的地表沉降槽形式受地表建筑物刚度的影响,与无地表建筑物存在时的情况有所不同。Verruijt和Booker曾对Sagaseta镜像法推广后提出了考虑半无限空间内岩土材料体积可变条件下适用于任意泊松比材料的浅埋圆洞位移及应力分布规律的近似解析解。基于该解析解并结合等效刚度原理,给出了考虑建筑物刚度时单线及双线盾构隧道穿越建筑物引起的地表沉降计算公式。结合上海轨道交通11号线穿越徐汇中学崇思楼工程,运用双线盾构隧道穿越建筑物引起的地表沉降计算公式对既有建筑物沉降进行预测,与监测结果对比显示吻合较好,验证了该公式的适用性。     

小盾构施工引起地表变形预测

小盾构施工引起的地表变形计算复杂,且在发生的过程中无固定规律可循,使用常规解法难以实现地表变形的预测。该研究使用土压平衡原理对小盾构施工过程中的土压力与土壤间的相互作用进行分析,设定施工过程中的空间假设,使用Mindlin解完成由不同荷载引起的地表变形预测公式推导,结合T市地铁8号线A站—C站区间的水文、地质条件,使用Midas civil完成模型的建立,将得到的荷载输入到模型中完成预测,最后将预测值与实际值进行对比。研究结果表明：在X-Z轴方向上,小盾构施工过程中由支撑压力引起的地表变形可以忽略不计;由地面应力变化引起的地表最大变形量的绝对值约为由盾构机外壳摩擦力引起的地表最大变形量的绝对值的2倍;由地面应力变化引起的地表变形>由盾构机外壳摩擦力引起的地表变形>由支撑压力引起的地表变形;预测值与实际值的最大误差满足工程需要。