大直径盾构施工引起的软土竖向变形计算研究

为探明大直径盾构施工引起的软土沉隆规律,基于集中力作用下半无限空间饱和土的初值解,分析考虑泥浆重度影响的盾构刀盘附加推力q、土体滑移及埋深影响的盾壳与土体摩擦力f、注浆层硬化及环向消散影响的盾尾注浆压力p和地层损失影响,得到软土地层大直径盾构施工引起土体竖向变形的计算公式并结合施工参数展开研究。结果表明：计算所得数值与实测数据吻合度高;q,f引起的上覆土体最大隆起值受深度影响小,p引起的土体最大隆起值随着深度增加急剧增加;q,f,p对上覆土体沉隆的影响范围呈碗状,影响范围的跨度和对深度的敏感度从大到小依次为f,q,p。结果验证了本文方法预测大直径盾构施工引起的软土沉隆是可靠的。     

类矩形土压平衡盾构施工引起的地表变形

针对类矩形盾构施工的扰动控制问题,基于弹性力学Mindlin解,考虑刀盘正面附加推力、壳体与土体之间摩阻力、同步注浆压力以及土体损失4种因素的共同作用,采用数值积分法和叠加原理对地表变形进行计算分析.结果表明：4种因素共同作用下类矩形盾构掘进地表相当范围内表现为沉降,最大收敛沉降约为33 mm,开挖面前方的沉降影响主要集中在前方10 m范围;同步注浆压力产生的地表隆起可以部分抵消土体损失引发的沉降,因而合理的同步注浆有利于沉降控制;4类因素中,正面附加推力和盾壳摩阻力产生的地表变形很小.理论结果与实测数据基本吻合,可为后期类矩形盾构隧道施工的扰动控制提供理论参考.     

盾构近接高架桥桩施工的地层沉降空间形态研究

为了解盾构近接施工引起地层的非线性变形和沉降空间形态,基于有限差分法对合肥地铁1#线隧道近接城市高架桥桩的盾构推进过程进行了研究,分析了盾构近接桩体施工前后横向、纵向地表非线性沉降变化规律及地层沉降空间分布形态。结果表明,近距双线隧道盾构依次开挖对土体产生扰动以及盾尾空隙引起地层不均匀沉降,由于近接高架桥桩基的影响,其沉降量与盾尾空隙后方距桥桩距离成函数对应关系,相邻隧道开挖引起的地层沉降对沿隧道轴线的地表沉降具有叠加效应。数值模拟实现了隧道地层沉降空间形态等值超曲面图和地表沉降曲面图对地层不均匀沉降等值3D形态的描述。     

超大直径盾构下穿高铁路基的沉降数值分析

为探究超大直径盾构隧道下穿城际铁路路基沉降规律,以中国武汉两湖隧道工程为例,基于Plaxis有限元软件,建立了铁路路基-土体-隧道的三维精细化数值模型,探讨盾构掘进过程中地层损失率、开挖面支护压力、盾尾注浆压力对隧道上方城际铁路路基沉降的影响．结果显示,盾构下穿复合地层的过程中,高铁路基道砟层表面在盾构掘进方向上会发生不同程度的沉降;当盾构掘进引起的地层损失率从1.0%增加到1.6%时,铁路路基的最大沉降从18.86 mm增加到22.71 mm,增大了20.4%;当开挖面支护力处于隧道拱顶侧向静止土压力的0.7～1.4倍时,不同工况下盾构掘进引起的铁路路基变形差异较小（小于0.67 mm）;注浆压力对铁路路基的沉降影响明显,随着注浆压力增大,铁路路基的沉降明显减小．当隧道拱顶注浆压力增大到拱顶侧向静止土压力的3倍（648 kPa）或以上时,沿铁路路基的最大差异沉降未超过规范要求（≤5 mm/10 m）．研究结果可为超大直径盾构下穿高铁路基时掘进参数的设置提供参考．     

影响盾构隧道地表沉降的多因素分析

软土中盾构施工安全一直是工程界关注的重点问题,其研究涉及水-土-结构相互作用以及由于加固引起的土体属性变化等诸多方面。基于渗流-应力耦合理论,在ABAQUS平台上通过二次开发实现盾构开挖过程中土体渗透特性的演化和注浆材料弹性模量及渗透系数的时变性,研究不同埋深、不同地下水位、不同土体特性对盾构隧道地表沉降的影响。研究结果表明:在软土地区,盾构开挖过程中注浆材料弹性模量和渗透系数的时变性对地表沉降影响较大,而土体渗透系数随应变的演化对地表沉降影响不大;隧道埋深、地下水及土体特性均影响开挖对地表的扰动,且土体弹性模量相对影响最大。     

盾构施工对临近桩基影响的数值模拟及参数分析

采用数值模拟软件对盾构隧道施工近距离下穿桩基进行三维仿真模拟,研究双线盾构动态掘进时桩基位移的变化.数值模拟实现了盾构施工时的步步掘进,考虑了土仓压力、注浆压力、盾构与土体摩擦力等施工参数的影响;利用PLAXIS 3D的固结计算,考虑盾构机自重对土体的固结作用引起的地层沉降,并由此考虑开挖速度对桩基位移的影响.计算结果...     

软土双线盾构施工地表变形实测分析与预测

依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,对软土区双线盾构施工引起的地表变形进行现场实测,分析地表变形的规律及双线Peck公式在软土地区的适用性,研究土体损失率的取值. 分析结果表明：软土地区双线盾构掘进引起的沉降绝对值较大且二次扰动效应明显强于其他土质;单环排土量与盾尾注浆压力的比值与地表最终沉降之间呈现较好的正相关性;土体损失率与单环排土量之间满足玻尔兹曼分布规律,即在盾构正常施工的情况下,土体损失率分布在一个有限区间内,随着单环排土量的增加而增大.     

软土双线盾构施工地表变形实测分析与预测

依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,对软土区双线盾构施工引起的地表变形进行现场实测,分析地表变形的规律及双线Peck公式在软土地区的适用性,研究土体损失率的取值.分析结果表明:软土地区双线盾构掘进引起的沉降绝对值较大且二次扰动效应明显强于其他土质;单环排土量与盾尾注浆压力的比值与地表最终沉降之间呈现较好的正相关性;土体损失率与单环排土量之间满足玻尔兹曼分布规律,即在盾构正常施工的情况下,土体损失率分布在一个有限区间内,随着单环排土量的增加而增大.     

软土双线盾构施工地表变形实测分析与预测

依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,对软土区双线盾构施工引起的地表变形进行现场实测,分析地表变形的规律及双线Peck公式在软土地区的适用性,研究土体损失率的取值.分析结果表明:软土地区双线盾构掘进引起的沉降绝对值较大且二次扰动效应明显强于其他土质;单环排土量与盾尾注浆压力的比值与地表最终沉降之间呈现较好的正相关性;土体损失率与单环排土量之间满足玻尔兹曼分布规律,即在盾构正常施工的情况下,土体损失率分布在一个有限区间内,随着单环排土量的增加而增大.     

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0～5d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。     

南通地铁盾构下穿既有建筑诱发基础沉降分析

针对盾构机下穿既有建筑问题,以南通地铁1号线环城东路站至中级人民法院站盾构区间下穿森大蒂花苑老旧居民区为研究对象,基于现场沉降监测,进行盾构施工对既有邻近建筑基础沉降的影响分析,针对盾构隧道下穿该老旧居民区进行数值模拟,综合考虑上部建筑荷载及盾构施工对围岩的扰动,对建筑物基础沉降进行分析。结果表明：盾构机在高富水砂土、粉土中掘进时,由于对地层的扰动和孔隙水消散等原因,易使机头扭转,造成掘进不稳定,最终引起地表沉降;而通过设置合理的土压力值,保持掘进面平衡,尽量使盾构机平稳通过,同时做好注浆、衬砌与地层间缝隙填充等工作,能够有效减小盾构引起的地表沉降。     

基于深度信念网络的盾构隧道施工安全研究

针对广州地铁18号线盾构隧道工程施工的主要安全问题——地表沉降和管片上浮，基于现场监测得到的施工参数与安全问题间的海量大数据，采用深度学习网络——深度信念网络构建了施工安全预测模型，并研究了六个主要施工掘进参数对施工安全的影响。结果表明：深度信念网络可以根据现场监测大数据得到较准确的地表沉降和管片上浮预测值；且地表沉降量随土仓压力、注浆量和注浆压力的增大而减小，随千斤顶推力、刀盘扭矩和掘进速度的增大而增大。而管片上浮量随土仓压力和注浆压力的增大而增大，随千斤顶推力和注浆量的增大而减小，刀盘扭矩和掘进速度对管片上浮影响不大。     

盾构隧道在不同施工工况中地表变形的模拟研究

为研究盾构隧道在不同施工工况中地表及自身的变形规律,本文建立了盾构隧道的有限元模型,对盾构隧道在不同施工工况下的开挖进行了模拟计算,即采用不同掘进顶推力施工时的地表沉降、隧道不同埋深情况下施工时地表沉降、开挖完成后地表作用大面积荷载情况下的地表沉降,以及隧道修建完成后地下水位变化后对盾构隧道变形等不同工况的模拟计算．结果表明：盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上的隆起,并且顶推力越大,隆起变形和范围均较大．在相同顶推力作用下,埋深较大的隧道地表点的隆起变形和范围较小．地下水位上升会导致地表浅层土体发生回弹变形,并且下方有盾构隧道的地表的回弹值要比下方没有盾构隧道的地表的回弹值小;当地下水位从盾构隧道拱底逐渐升高到中心处和拱顶时,盾构隧道结构会出现竖向和侧向变形,并且水位越高,变形量也越大．     

基于时空关系的盾构开挖地表沉降规律

基于武汉地铁四号线某区间隧道盾构开挖引起的地表沉降数据分析,考虑地表沉降的时空关系,将地表沉降划分为无影响阶段、前期沉降阶段、通过阶段、盾尾空隙沉降阶段、工后沉降阶段,并给出了各个阶段的大致范围及其地表沉降占总沉降的比值。通过对Mindlin解引入时间参数,针对不同阶段地表沉降影响因素进行分析,在前影响距离范围内,盾构机与土体的摩擦力和地层损失对地表沉降的影响占优,在后影响距离范围内,地层损失对地表沉降起到了绝对的控制作用,前期沉降阶段的土层隆起与正面附加推力、摩擦力有关,而正面附加推力、摩擦力和注浆压力导致了工后沉降阶段的土体回弹,由此获得了实时地表沉降预测的理论公式。研究结果表明：理论预测值与实测值能较好的吻合,该公式能够较为准确地实时预测地表沉降。     

盾构隧道下穿既有城市隧道施工力学分析

针对合肥地铁1号线盾构下穿南一环下穿隧道工程存在的安全风险,运用 FLAC3D实现了隧道盾构开挖的模拟,分析了盾构推进过程中下穿隧道结构以及在建隧道应力应变分布规律。研究表明：盾构机在监测断面前后20m范围内掘进对下穿结构竖向位移和拱顶沉降影响最大,处于盾构隧道上方及中心线上的监测点沉降变形较大;下穿隧道的底板南北侧出现拉应力,拉应力最大值达到1.088MPa。开挖结束,盾构隧洞周围土体最大隆起位移为6.22mm,最大沉降为4.96mm;最终两个隧洞周围土体位移分布规律基本一致。拱顶沉降随开挖的变化规律与监测点相似。根据模拟结果提出的施工防护措施有效,沉降实测值均在预警值以下,模拟结果与实测结果规律基本一致,模拟效果较好。     

三面围合盾构隧道底板注浆对地下通道结构的影响

通过理论推导得出在三面围合状态下盾构隧道施工时,地下通道底板下注浆压力的分布规律,计算确定了合理的注浆压力,并探讨了注浆压力对地下通道结构的影响。结果表明底板注浆能抵消隧道推进引起的结构变形,甚至产生新的附加变形。当土体损失率越大时,底板注浆对地下通道结构的影响越大。     

砂卵石地层盾构施工引起的纵向地表变形预测

为了更好地预测盾构施工对砂卵石地层的影响,对Sagaseta法进行了修正.假定土体不排水,利用Mindlin解推导了盾构同步注浆施工过程引起的砂卵石地层三维变形计算式,并结合盾构机外壳与周围土体间的摩擦力以及地层损失引起的纵向地表沉降计算公式,得到了砂卵石地层盾构施工引起的纵向地表沉降计算公式,并将本文理论计算值与现场监测数据、Sagaseta公式理论值、数值模拟值进行了比较.结果表明:本文理论计算结果与现场监测数据较为吻合;理论法较Sagaseta法更适合于砂卵石地层;盾构施工引起的砂卵石地层纵向地表沉降呈S形.     

含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性试验

针对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性问题,设计制作了主要由模型箱、水循环系统、盾构隧道与开挖面模型、饱和地层模型和量测系统组成的试验装置。通过模型试验,量测开挖面逐渐失稳过程中的地层沉降和开挖面饱和土压力以及前方地层孔隙水压力。结果表明:渗流条件下,开挖面前方地层孔隙水压力,会因地层黏-砂比的增大而增大,且会随开挖面体积损失的增大而增大;渗流会使开挖面极限有效土压力明显增大,开挖面极限有效土压力与地层黏-砂比基本上呈线性增加关系;地层极限失稳范围主要取决于开挖面前方和后方以及横向的破裂角,其中,后方破裂角受地层黏土含量和渗流的影响不大;无渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而增大,而有渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而减小。研究成果改进了对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的认识,可以为实际工程以及有关的稳定性极限分析提供参考。