地铁双隧道施工诱发地表沉降预测研究与应用

地铁施工诱发地层沉降与环境损伤的预测与控制是亟待深入研究的重要课题。地铁区间隧道多是同一埋深建造的两条近距离平行隧道，两隧道开挖对地层沉降的影响往往相互叠加，沉降预测更加困难．本文研究了双孔平行隧道施工诱发地表横向及纵向变形的修正Peck法与随机介质法计算公式；对于地铁双孔平行隧道开挖，基于部分实测沉降数据的Powell最优化理论方法，实现了Peck法与随机介质法各自的多参数反分析预测；开发出了地铁隧道施工诱发地层环境损伤预测评价与控制设计的STEAD系统；对多处双孔平行隧道工程实进行了理论预测和验证，实测沉降证明了理论方法与STEAD程序系统的科学性和有效性．     

城市地铁隧道施工期间地层隆沉预测方法研究

基于考虑地铁施工过程中地层的特殊性,研究一种城市地铁隧道施工期间地层隆沉预测方法.以江西省某市为研究对象,使用Mindlin基本解与边界收敛模型,分析施工过程中地层损失导致的地层隆沉,并确定沉降槽宽度系数;依据该系数使用Peck理论建立地层隆沉预测模型,根据盾构推进时的刀盘扭矩、推力、速度以及沉降槽宽度系数修正预测模型...     

基于修正Peck法的隧道施工全地层变形规律研究

研究隧道施工引起上覆不同深度处的地层沉降变形对分析城市地铁隧道施工对邻近建(构)物的影响意义重大.考虑隧道施工地层扰动变形由下向上逐渐变形的特点,基于Peck法的沉降槽宽度与随机介质理论中地表影响半径关系,由下向上逐步分析隧道上覆各埋深地层的沉降变形;考虑各地层土性质、厚度和隧道半径对沉降槽宽度造成的影响,求得沉降槽宽度在地层各深度处的表达式;讨论了隧道上覆地层土性参数、成层土厚度和隧道开挖半径对地层沉降变形的影响,分析表明:地层的沉降槽宽度主要取决于该地层与隧道开挖面之间的覆土性质和厚度,与隧道半径也有很大关系;地层土的性质、厚度和隧道半径决定了地层的沉降范围,而地层损失决定了地层沉降量大小.隧道半径越大,沉降槽宽度越大;覆土的内摩擦角越小,沉降槽的宽度越小,地层沉降曲线越窄.     

基于非均匀收敛模式的双线地铁隧道施工诱发地层变形规律分析

基于位移控制理论,采用双线开挖椭圆化非等量径向土体位移收敛模式,提出了双线地铁隧道施工诱发周围地层变形的位移控制点源解析方法以及位移控制数值模拟方法.算例结果表明,位移控制方法可以充分考虑隧道施工引起的地层损失,可以较好地预测双线平行地铁隧道开挖引起的土体变形.成果可为合理制定双线平行地铁隧道开挖对周围土工环境的保护措施提供一定的理论依据.     

隧道开挖地表移动参数选取的自适应遗传算法

针对某地铁车站开挖引起地表沉降较大的问题,基于车站开挖引起地表沉降的实测数据,利用随机介质理论方法反演地铁车站初步开挖引起的地表移动参数,包括沉降槽影响范围以及断面收缩率,并利用所得的参数对该车站下一步开挖进行地表沉降预测;通过类似地层条件的地表沉降实测数据,利用数值模拟正交反分析法确定主要模型参数,预测了该地铁车站各施工阶段引起的地表沉降值。并结合洞内特征点的收敛发展规律,将地表沉降理论预测结果与数值模拟结果进行对比。结果表明:由于2种预测方法的不同导致最终的地表沉降值存在差异,但主要开挖阶段引起的地表沉降基本一致;主要的差异来源于数值模拟方法考虑了更为具体的衬砌施工工序,导致开挖过程中洞内收敛特征与理论预测方法明显不同。     

西安地铁盾构施工地表沉降影响因素研究

针对盾构施工过程中诱发的地表沉降量预测问题,将地表下沉视为一随机过程,运用随机介质理论对地表下沉量进行预测计算,将隧道周围的收敛量ΔR分为3个组成部分,即开挖面处应力释放引起的超挖量、偏心超挖量以及盾尾施工间隙.目的是为了在利用随机介质理论预测地表沉降量时,将盾构过后隧道周围的弹塑性位移对盾尾施工间隙的影响考虑进去,使得预测结果更加可靠.提出的计算断面收敛量的方法并结合随机介质理论预测得到的地表沉降数据和沉降曲线趋势与实际结果符合.并通过计算发现此二维弹塑性位移对盾尾施工间隙的影响不容忽视.考虑了盾尾弹塑性位移后的预测结果与实测结果更加接近.     

平行隧道开挖引起场地沉降的透明土模型试验研究

为了便捷现代城市交通,地铁系统普遍采用平行隧道模式.平行隧道开挖引起的场地沉降预测一般基于单一隧道工况,利用简化叠加法生成变形剖面,而没有考虑两个隧道之间的相互作用.采用透明土模型试验技术,自主研发平行隧道模型试验装置及试验方法,研究了在砂质场地上开挖平行隧道引起的地表和地层沉降特性.通过模型试验探索了平行隧道间距、土...     

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。     

基于苏州地层盾构施工的Peck公式修正

基于苏州地铁盾构施工的地表沉降实测数据,运用线性最小二乘法进行拟合,通过Peck公式的两个重要参数:沉降槽宽度系数与地层损失率,对Peck公式进行修正,使其适合苏州地区土层盾构施工的地表沉降预测。结果表明:针对苏州地层,在运用Peck公式预测盾构施工引起的地表沉降时,使沉降槽宽度系数在0.42~0.59之间,地层损失率在0.53%~0.85%之间,可以获得良好的曲线,且与原始的Peck公式相比,预测的结果与实际情况更吻合。     

土岩复合地层隧道盾构开挖地表沉降Peck公式修正

为了准确预测土岩复合地层中隧道盾构开挖引起的地表沉降量,采用数理统计中的线性回归拟合方法,对青岛地铁8号线某区间隧道盾构掘进时的地表沉降监测数据进行拟合,并引入地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β对Peck公式进行修正。结果表明,采用线性回归方法拟合隧道横断面地表沉降得到的曲线与实际数据吻合度高,修正系数α∈(0.2,0.5),β∈(1.0,1.4)时得到的修正Peck公式精度最高,对应回归常数项a∈(1.6,2.8),回归线性系数b∈(0.010,0.022)得到的线性拟合曲线吻合度高。研究成果成功了预测青岛地铁8号线开挖过程中地表沉降量,还可为类似土岩复合地层中隧道盾构施工提供一定的理论指导。     

Superposition model for analyzing the dynamic ground subsidence in mining area of thick loose layer

The dynamic ground subsidence due to underground mining is a complicated time-dependent and ratedependent process. Based on the theory of rock rheology and probability integral method, this study developed the superposition model for the prediction and analysis of the ground dynamic subsidence in mining area of thick loose layer. The model consists of two parts(the prediction of overlying bedrock and the prediction of thick loose layer). The overlying bedrock is regarded as visco-elastic beam, of which the dynamic subsidence is predicted by the Kelvin visco-elastic rheological model. The thick loose layer is regarded as random medium and the ground dynamic subsidence is predicted by the probability integral model. At last, the two prediction models are vertically stacked in the same coordinate system, and the bedrock dynamic subsidence is regarded as a variable mining thickness input into the prediction model of ground dynamic subsidence. The prediction results obtained were compared with actual movement and deformation data from Zhao I and Zhao II mine, central China. The agreement of the prediction results with the field measurements show that the superposition model(SM) is more satisfactory and the formulae obtained are more effective than the classical single probability integral model(SPIM), and thus can be effectively used for predicting the ground dynamic subsidence in mining area of thick loose layer.     

曲线盾构隧道掘进地表沉降计算模型研究

盾构隧道掘进过程中产生的地层损失和施工荷载是引起地表沉降的主要因素,曲线盾构隧道的非对称性使得掘进引起地表沉降规律更加复杂。基于直线盾构隧道掘进引起地表沉降的研究成果,考虑实际工程中隧道会由于自重而沉降到土体边界底部和曲线盾构隧道地层损失的非对称特征,建立了曲线盾构隧道掘进引起地表沉降的地层损失模型,同时将建立的模型与已有曲线隧道地层损失模型进行对比研究。结果表明:本文建立的地层损失模型引起的地表沉降变形值更大,受转弯半径的大小影响,当隧道转弯半径大于1000米后,曲线隧道与直线隧道地层损失引起地表沉降值变化较小,而当隧道转弯半径小于300米时,此时地表沉降值对隧道转弯半径的敏感性较高,文章建立的计算模型可以很好的体现出小转弯半径隧道引起的地表沉降值的影响程度更大;通过将两种不同地层损失模型引起的地表变形与实际工程进行比较分析,验证了文章建立的计算模型与实际数据更接近,误差更小,显示该模型能够较好地反映实际情况,研究成果为曲线盾构隧道掘进引起地表沉降分析和预测提供参考。     

地铁车站与下穿桥结构一体化施工数值分析

典型施工工艺条件下,地铁车站与下穿桥结构一体化施工的相关研究较少。本文采用有限元软件MIDAS/GTS对合肥地铁一号线某地铁站的深基坑工程的施工过程采用分段明挖顺作法进行数值模拟分析,并将地表沉降模拟结果与监测数据进行比较。研究表明:长条形地铁车站明挖+局部盖挖+分段分层对称的复合开挖方式对地表沉降的影响较小,且开挖面的转移会使地表沉降产生突变。该结论可为今后合肥类似的地铁车站建设提供参考。     

地铁隧道近接下穿城市沉降敏感区影响及优化分析

为研究地铁盾构下穿城市中沉降敏感地区时的沉降特性,基于地铁盾构隧道下穿加油站工程实例,建立三维有限元模型,得到盾构隧道近接加油站过程中地表以及油罐的沉降分布曲线,并进一步通过改变油罐位置,对比分析油罐在不同排列方式下受到隧道开挖的影响。结果表明：在油罐双层布置下,地表沉降随着隧道的掘进而增大,在施工结束后最大沉降达到11.48 mm,靠近左线隧道一侧;油罐在隧道施工的扰动下,其最大沉降达到2.85 mm。油罐单层排列相较于双层布置,油罐的最终沉降减少至2.68 mm;油罐的上下侧的最大沉降差减少了38%,同时油罐表面测点的沉降变化率减少了41%,安全性大幅提升。     

超近距双线隧道旁穿建筑群的信息化施工风险控制

为减轻双线盾构隧道旁穿引起的建筑物沉降,采用FLAC^3D对不同施工方案的双线隧道旁穿建筑物引起的地层沉降进行数值模拟,对实施的右线隧道变线+左线钢环内支撑+双线花管注浆加固方案的施工参数进行优化,并进行相关的工程实测分析。 结果表明:原方案造成的建筑物差异沉降为26.5 mm,远超其10 mm的控制标准;采用排桩加固或右线变线后左线钢环内支撑和双线花管注浆加固方案均能使建筑物差异沉降满足要求;优化右线盾构参数可减轻对建筑物影响;施工荷载和注浆压力是后行右线影响先行左线受力状态的主要因素,采用实时监测的信息化施工是必要的。超近距离双线盾构顺利旁穿建筑物群,相关结果可为类似工程提供借鉴。     

厦门翔安隧道洞口段管棚设计与施工

为了给出厦门翔安隧道洞口段管棚超前支护的设计参数,采用快速拉格朗日有限差分法分析了管棚超前支护的效果;指出施工中遇到的问题及解决办法.洞口浅埋段采用40m长管棚超前支护,经注浆形成的加固圈起到了"承载拱"的作用,有效控制了地面不匀匀沉降.管栅施工中克服了钻孔循环介质对地层的扰动,为安全进洞发挥了作用.     

基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制

目的为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施．方法基于均质半无限空间假定,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场和单向应力场。利用弹塑性力学的Lame公式和Kiersch公式及摩尔一库仑屈服准则,定义了弹塑性解的位移边界条件．将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉降预测及控制．结果得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式,对弹塑性计算式的分析显示,隧道围岩的弹性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比纵内摩擦角φ和膨胀角沙越大,地表沉降也越大．提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法．结论研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制．