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。     

泥水盾构施工引起的地面固结沉降实例研究

通过对杭州钱塘江隧道泥水盾构施工的分析,研究了泥水盾构施工引起的地面固结沉降的特点,提出划分地层损失沉降和固结沉降的实用方法,总结了盾构施工引起扰动土体固结沉降的机理、影响因素及控制措施.分析表明：无论是地层损失沉降还是长期沉降,均可用Peck公式较好地拟合;横向地面固结沉降曲线不符合高斯曲线形式,一般隧道轴线或附近地面固结沉降最大,向两侧递减;扰动土体固结使得横向沉降槽不断拓宽;软土地区盾构隧道施工,可取地面沉降曲线或沉降速度曲线的转折点作为地层损失沉降和固结沉降的界限;通过优化泥水盾构掘进参数,可减少施工扰动,从而降低固结沉降量和固结沉降时间.     

土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失及影响因素

收集中国已有地表沉降监测数据及土体损失率统计分析数据,结合长株潭城际高铁Ⅱ标树木岭盾构隧道进口树木林车站区间16个监测断面数据及其详细地层信息,分析土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失规律影响因素。分析表明,土压平衡盾构隧道施工引起的土体损失率的累积概率较好的服从对数正态分布;土体损失率随着埋深或深径比的增大,呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势,且两者关系可近似采用幂函数拟合;当H大于20 m或H/D大于3.25时,土体损失率基本稳定在0.75%附近,且对应地层信息表明盾构隧道施工时其上覆岩层呈现拱效应,说明盾构隧道施工中其顶部土层成拱效应可较好的控制土体损失;土体损失率或名义土体损失率随着盾构开挖通过时间的增加而逐渐增大,且趋于稳定,说明固结变形对名义土体损失率的影响较大,最大可达瞬时沉降所引起土体损失率的4.58倍。     

一侧有建筑物时盾构引起地表沉降的数值分析

本文利用有限元程序 Midas/GTS,综合考虑土体非线性、土体与盾构作用、注浆压力、千斤顶推力、密封舱土压力等要素,建立了隧道-土-桩基-建筑物三维非线性有限元模型,研究地表一侧存在建筑物时及盾构施工参数对地表沉降的影响。通过三维仿真数值模拟得出以下结论：地表存在建筑物时,地表沉降最大值比无建筑物时要小,且最大沉降值背离建筑物方向,偏离盾构中心轴线;盾构支护压力越接近侧向静止水土压力地表沉降越小,合理的控制盾构施工参数（注浆压力、盾构机千斤顶推力）可以有效减小地表沉降。     

盾构法施工对地层位移影响的数值模拟

隧道地层的初始应力、开挖形成的空间效应和开挖支护过程等都会对地层沉降和水平位移产生影响。文章通过建立反映工程特性的有限元模型,以隧道围岩中过横断面圆心的竖线和不过圆心的竖线为代表,用ELAC3D软件计算了各点的沉降和水平位移随开挖面前进的变化规律。结果表明:盾构法施工过程使开挖面前后的横断面都发生竖直方向和水平方向位移,隧道横断面变成横向长、竖向短的椭圆形,开挖过的断面距开挖面越远,椭圆变形越明显,同时向后的水平位移越大,未开挖面距开挖面越近,椭圆变形越大,同时向前的水平位移越大。     

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。     

盾构下穿群桩引起的地表沉降和桩身受力规律研究

地铁建设中,盾构隧道下穿群桩时引起的地表沉降和桩身受力不可小觑。本文采用FLAC~(3D)软件模拟了合肥地铁2号线下穿五里墩立交桥的工况,研究了下穿群桩引起的地表沉降和桩身受力规律。研究表明:地表最大沉降量偏向桥墩荷载较大的一侧,其值为-1.31 mm;地表沉降曲线较明显的转折点均产生在桩与土的临界面处,且承台上方的地表沉降趋于直线;桩的水平位移和弯矩沿桩身分布曲线呈弓形,且上半部分变形较明显,两者的最大值均发生在桩基上部的1/3处,在以后工程实践中,可在此处加以钢套以提高桩基承载力。     

粉细砂地层双线盾构施工实测地表沉降规律分析与预测

依托南通地铁二号线某区间盾构隧道施工,针对盾构穿越典型粉细砂地层条件,对双线盾构隧道施工引起的地表沉降开展现场测试和规律分析,对经典Peck公式在南通地区粉细砂地层中双线盾构施工的适用性进行探讨,并研究先行线和后行线土体损失率和地表沉降槽宽度系数的取值及影响因素。研究结果表明,在粉细砂地层中,后行线隧道施工对地层的二次扰动效应会引起先行线轴线上方地表沉降的显著增加,且二次扰动效应明显强于其他软土地层,但弱于砂土地层;相较于淤泥质土地层,在粉细砂地层中盾构停机对地表沉降的影响更为显著;先行线和后行线施工引起土体损失率比值η₁/η₂在1~5倍范围内,平均值为2.3,先行线和后行线地表沉降槽宽度系数比值K₁/K₂在1~2倍范围内,平均值为1.4;砂土、粉细砂和粉土地层中土体损失率比值η₁/η₂均大于1,η₁/η₂和K₁/K₂与隧道覆土深度比（H/D）相关性较弱。     

基坑端头井联结隧道冻结过程应力应变分析

为分析冻结法对盾构隧道施工过程中的加固作用,以合肥市轨道交通2号线大东门站到达端盾构工程为依托,对无限大区域内单根冻结管稳态温度场公式进行推导,并根据工程实际情况建立了三维数值模型并进行热-力耦合计算。结果表明:冻结帷幕内温度场是以各冻结孔为中心圆形发展,各孔之间出现交圈之后再向四周发散;冻结法加固能显著降低由施工导致的地层沉降,降低幅度最大约为50%,加固效果较好;左线隧道较右线隧道后施工,其管片应力较大,应及时施作衬砌,尽快闭合支护体系,保证施工安全顺利进行。     

考虑黏土土性参数与支护压力变异性的盾构掌子面稳定性分析

盾构掌子面稳定性的不确定性分析多侧重于土性参数的变异性,较少考虑支护压力的变异性.基于K-L级数分解法建立描述土性参数空间变异性的三维随机场,研究土性参数变异性对掌子面失稳模式、极限支护应力的影响规律,讨论支护压力的均值与变异系数对失效概率的影响,并据此确定支护压力均值特征值.结果表明:黏性土黏聚力与内摩擦角的空间变异...     

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。     

机器学习方法在盾构隧道工程中的应用研究现状与展望

随着盾构隧道工程信息化水平的提升,隧道掘进设备作业过程监测技术日益完善,记录的工程数据蕴含了掘进设备内部信息及其与外部地层的相互作用关系。机器学习因其数据分析能力强,无需先验的理论公式和专家知识,相较于传统的建模统计分析方法具有更大的应用空间。通过机器学习方法对收集的信息与数据进行深度挖掘并分析其内在联系,有助于提升盾构隧道工程建设的效率和安全保障水平。简述机器学习方法的基本原理,总结和分析机器学习方法在盾构工程中的应用研究状况,综述基于机器学习的盾构设备状态分析、盾构设备性能预测、围岩参数反演、地表变形预测和隧道病害诊断等5个方面的进展,并分析当前研究的不足。最后,分析盾构隧道工程向智能化方向发展需重点攻克的难题。     

饱和沙土中土压盾构开挖面极限支护力

为了避免土压平衡盾构在含水砂层中掘进时出现支护压力不足的现象,将渗流作用引入上限分析,以评估支护力对开挖面稳定的影响,得到土压平衡盾构在饱和沙土中掘进时的支护力方程.通过支护力方程各项系数比较以及敏感性分析,表明盾构直径与渗流作用对支护力影响显著.随着地下水位的升高,渗流因素在支护力中所占的比重提高;在高水头状况下,渗流作用大幅降低支护力,是造成开挖面前方土体失稳的最主要因素.给出较直观的支护力方程,采用简洁方法来分析在渗流作用下盾构支护力设置的安全性,结合地铁工程实例,分析开挖面失稳事故原因,给出合理的开挖面支护压力.     

哈尔滨地铁盾构施工地表沉降的预测与分析

地铁施工会引发地面沉降,若处理不当,会造成严重的生命及财产损失。地铁施工引发的地面沉降可以通过布置地面沉降观测点进行现场监控,但是地面监控点数量的多少及其位置的设定是一个需要认真考虑的问题,以哈尔滨地铁1号线盾构施工区域两侧地面沉降实际观测数据为基础,分析盾构施工区域地面沉降与上覆黑土厚度关系,为今后哈尔滨将要施工的9条规划线路的纵向地面沉降估算提供一条较为合理的途径,同时为更合理地布置地铁施工区域地面沉降观点提供较好的估计方法。     

我国交通隧道工程及施工技术进展

对我国隧道工程及施工技术现状、取得的成就及发展趋势进行了分析,介绍了21世纪初将要建设的特长和特殊隧道工程,分析了隧道工程的特点,指出要完成必须具备的基本条件.采用\     

小净距盾构隧道施工管片附加应力监测与分析

为了研究在小净距隧道施工过程中新建隧道对先行隧道内力的影响,本文通过实际工程现场监测数据,总结了先行隧道管片附加内力大小及变化规律.采用振弦式表面应变计和频率读数仪对北京地铁某区间先行隧道管片环向和纵向的附加应力进行了现场监测,给出了环向附加应力和纵向附加应力历时变化曲线,并对不同测点附加应力在历时变化中最大值及稳定值进行了比较分析.监测结果表明:环向应力为压应力,其量值比纵向应力的量值大,且水平直径处受力最大,最大值达12.77 MPa.所得结论定量评价了小净距盾构隧道施工相互影响程度,为盾构隧道设计施工监测提供参考依据.     

砂-粘-粉互层地层明挖隧道沉降特征分析及预测

为研究华北冲积平原边缘处砂-粘-粉互层地层中明挖暗埋隧道工后沉降特点及地下水位对隧道沉降影响，依据京雄铁路机场2号隧道施工期及运营期18个月的沉降监测数据，结合地质条件和地下水位资料，对该隧道沉降特征及差异性原因进行综合分析，并利用Asaoka、双曲线和三点法对最终沉降量进行预测。结果表明，地下水位较高的砂-粉-粘互层地层沉降曲线可以分为类双曲线型、U型和振荡型三类。隧道沉降量及沉降特征与主要压缩层中粘性土含量呈正相关，主要压缩层中粘性土含量超过64%时，沉降曲线表现为类双曲线型。地下水位高度与回填深度是影响隧道沉降的重要因素，地下水浮力是隧道抬升的主动力。数据累计时间越长，曲线拟合法预测精度越高，恒载后数据积累9个月时Asaoka法和三点法预测最终沉降量误差均小于10%。     

明挖地铁车站基坑与既有盾构隧道复合变形的有限元数值模拟

针对北京地铁五号线地铁车站基坑施工条件下既有盾构隧道的复合变形问题,基于ANSYS,结合场地的水文地质和工程地质条件,按照不同的工况建立了三维数值模型,并进行了施工过程的模拟.通过对结果的对比和分析,揭示了在不同施工状态下,基坑周围土体、支护结构及既有盾构隧道之间相互作用的过程和机理,以及由此引起的围岩变形的分布与变化规律.     

盾构隧道下穿深圳滨海大道地表沉降监测与控制

以深圳地铁二号线后—科盾构区间下穿深圳滨海大道为例,利用有限差分软件FLAC3D对隧道开挖进行数值模拟预测,通过模拟预测的结果对引起地表沉降的隧道开挖变形和开挖应力场进行分析,提出严格控制土舱平衡压力和盾构推进速度、加强对盾构掘进姿态的控制、严格控制注浆压力和注浆量等措施。对滨海大道上布置的2个点位沉降观测断面表明,地表沉降各项指标均在理想的控制范围内,并得出地表累计沉降最大值均发生在中轴纵线,且距盾构隧道中线最远的点累计沉降量最小等沉降规律。