软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

软黏土中盾构掘进地层变形与掘进参数关系

宁波地铁某区间单线隧道穿越地层主要为淤泥质黏土层,上覆地层主要为砂质粉土和淤泥质土.针对2类典型的上覆地层中土压平衡盾构施工,获取了相应的地表沉降监测数据,研究地表沉降与盾构施工过程的相互关系.采用经典高斯经验公式对盾构掘进引起的地表横向沉降曲线和纵向沉降发展曲线进行拟合,得到各监测断面沉降槽宽度ix及沉降槽宽度系数K.采用平移累积高斯沉降曲线对纵向沉降发展曲线进行拟合,获得盾构掘进引起的沿线地层损失率.研究盾构掘进参数取值对地层损失率的影响.结果表明,盾构推力、开挖面支护压力以及盾尾注浆率对地层损失率的影响显著.给出类似地层中各项盾构掘进参数的参考范围.     

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.     

盾尾间隙注浆对地表沉降的影响研究

以广州地铁四号线仑大盾构区间为工程背景,通过管片向地层传递的约束反力与地层原始地应力的差值来反映盾尾注浆效果,并采用二维有限元计算模型来模拟盾构盾尾注浆效果对地表沉降的影响,从而实现盾构施工地表沉降的理论预测.数值模拟表明,注浆效果对限制地表沉降作用明显.现场监测同样证实,不同注浆效果将引起不同的地表沉降,且随着注浆效果的提高地表沉降将随之减小.进而验证了数值模拟的合理可行性.     

数值模拟在上海跨江输水隧道盾构施工中的应用

针对上海青草沙越江输水隧道工程施工引起的地面沉降的影响因素进行了探讨,对其沉降规律进行了分析.系统地总结了盾构施工引起地面沉降的机理.研究了隧道埋深、盾尾注浆等条件对地表沉降的影响,并结合有限元计算结果对比分析,得出盾构法施工引起的地表沉降规律.同时也总结了一些现场监测的作用和地表沉降的控制方法.     

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。     

隧道盾构施工地表沉降规律模拟研究

隧道盾构施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一.为准确预测盾构隧道施工所引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施,采用150室内模型试验和FLAC3D数值分析软件,在模型隧道纵、横向设置位移监测点,监测地面沉降随开挖过程的变化规律.结果表明:沉降量随隧道深度的增加而减小,随掘进的进行而增加;横向沉降量在隧道正上方最大,沿两侧递减,深度越小收敛越快,沉降槽越小;纵向沉降量沿隧道开挖方向沉降值逐渐减小.两种试验模拟的结果较为接近,可以保证所获得的盾构隧道施工引起的地面沉降规律的正确性.     

隧道近距离开挖对既有高架桥的安全评估

为了确保施工过程中高架桥可以正常使用，在隧道盾构施工前对高架桥的安全评估极其重要。利用数值模型分析盾构施工下穿高架桥全过程，通过对桩基础的差异性沉降及土体变形等进行分析，得出评判依据。结果表明：灌注桩和承台与周围土体存在摩擦力，影响土体沉降；盾构开挖面临近及穿越桥桩时，桥桩水平和竖直方向开始出现位移，并逐渐变大；桩基础轴线与开挖面的距离越近，水平和竖直方向位移变化量越大。通过基础差异性沉降限值作为评估标准，得出高架桥在隧道盾构施工过程中可以正常使用，该安全评估方法可为实际工程施工提供可行性指导。     

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。     

盾构隧道开挖引起地表沉降数值模拟与实测分析

用三维数值分析模型模拟了隧道盾构开挖引起的地表沉降的发展过程,分析了地表横向和纵向沉降的动态变化规律,得出了模拟盾构开挖过程的数值模型,并基于Peck公式对地表沉降模拟值和工程实测资料的沉降槽参数进行了对比分析．结果表明FLAC3D模型能有效地模拟盾构掘进过程中的地层开挖效应和沉降规律．     

地铁盾构施工地层变形预测及数值分析

以某城市地铁在建盾构隧道为研究对象,借助数值仿真建立了三维盾构施工有限差分计算模型,给出了盾构施工引起的地层变形三维地层损失预测方法,并对盾构施工地层竖向变形及水平变形计算结果进行对比分析.结果表明,隧道横向地层变形接近"V"形分布,形成的地表沉降槽宽度约为6倍隧道直径;盾构前方土体产生隆起,开挖面后方表现为沉降,沿盾构掘进方向近似呈倒"S"形,并在开挖面前后3倍直径以外逐渐趋于稳定;地层水平变形左右两侧反对称,距隧道中心约1倍直径处地层水平变形值最大,6倍直径以外地层水平变形基本不受施工影响;随着埋深的增加,地层水平变形值减小,隧道拱腰上下一定范围土体向洞外移动.所得结论对城市地铁盾构隧道设计与施工变形控制有指导意义.     

盾构施工地表沉降及GM(1,1)模型预测

文章讨论了地铁隧道区间盾构开挖对土体扰动及引起地表沉降的力学机理,概括了地层移动的主要影响因素.结合长春市地铁1号线盾构工程的实例,采用灰色GM(1,1)模型对地表沉降进行预测,并与现场监测值对比分析,发现GM(1,1)模型预测值与监测值较为一致,论证了灰色预测在盾构施工地表沉降预测的可行性.     

上软下硬地层盾构法隧道地表沉降的数值模拟预测

以广州市轨道交通四号线南延段资讯园站—塘坑站区间为工程背景,针对其上软下硬的地层特点,运用有限元数值模拟软件Midas GTS NX建立土压平衡式盾构三维模型.对盾构隧道施工引起的横向地表沉降进行了预测,进一步采用工程实测数据和经验公式Yoshikoshi预测结果,通过对比分析以验证预测模型的可靠性.结果表明:当盾构开挖穿越复合地层时,为提高数值模拟预测结果的精度,应考虑复合地层的分层情况;模型具有较高的精确度,所输出的预测值可较好的预测实际施工中的地表沉降.所得结论对广州轨道交通及类似上软下硬地质条件下的盾构隧道施工地表沉降控制有一定参考价值.     

地表沉降的双洞体叠加peck公式及数值分析

为解决地下隧道开挖引起地表沉降,结合广州某采用盾构推进形式地铁隧道实例,运用常规理论计算法与数值模拟方法计算地表沉降,研究地表变形特性。结果表明：双孔平行隧道开挖中地层损失是引起的地表沉降的主要因素;土体位移的叠加原理适用,地表沉降槽以两隧道中间位置为轴线基本对称分布在其两侧;地层损失率控制在1．5％～2％时,理论值较为接近模拟计算值。     

盾构施工盾尾注浆硬化过程数值分析研究

简要介绍了盾尾注浆的目的及类型.在假定其他参数已知的条件下,通过实例,用有限元程序GTS模拟考虑盾尾注浆硬化过程和未考虑硬化过程两种盾构施工情况.研究结果表明:盾构施工过程中,受浆液长期固结影响,地表会产生进一步的沉降.充分考虑浆体硬化作用,利用监控压注浆液的硬化情况控制后期沉降是一种有效的地层沉降控制手段.     

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．     

解析法研究盾构法隧道施工引起的地表变形

作为隧道施工的一种新工艺,盾构法已成为近年来城市地铁施工所采取的主要手段.同时,对盾构法隧道施工引起土层变形的预测和控制也成为城市环境土工学的一个重要研究课题.在对以往计算盾构施工变形的解析方法进行总结的基础上,采用椭圆形地层损失模型并利用Verruijt和Booker公式提出新的解析公式,得到预测盾构隧道开挖所引起的不排水条件下地表沉降槽解析公式.然后通过工程实例进行验证,结果表明该公式很好地修正Verruijt和Booker解析公式沉降槽宽度过大的不足,研究成果是可信的,能够比较准确地预测盾构法施工引起的地表变形.     

西安地铁隧道穿越饱和软黄土地段的地表沉降监测

以西安地铁一号线朝阳门站—康复路站区段饱和软黄土地铁隧道为研究对象,通过施工期现场地表沉降变形监测,分析了在饱和软黄土特殊地层条件下隧道浅埋暗挖法施工引起的该区段地表沉降变形规律以及地表沉降槽分布特征。结果表明:在饱和软黄土隧道开挖时,随着掌子面的推进,隧道顶地表沉降可分为沉降微小阶段、沉降显著发展阶段、沉降缓慢阶段和沉降稳定阶段; 单线隧道开挖后的最大地表沉降量为18.89 mm,双线隧道开挖后的最大地表沉降量为36.4 mm; 已开挖隧道对围岩土体的扰动作用使得后开挖隧道的地表沉降发展较大; 双线隧道的地表沉降槽宽度接近单线隧道沉降槽宽度的2倍,因此可以将其近似为单线隧道地表沉降槽宽度与双线隧道轴线中点距离之和; 单线隧道开挖后地表沉降槽宽度为8.4～9.3 m,双线隧道开挖后地表沉降槽宽度为16.2～17.5 m; 隧道开挖施工的沉降槽宽度参数为0.435～0.467,单线隧道开挖后的地层损失率为0.765%～1.324%,双线隧道开挖后的地层损失率为1.231%～2.200%。     

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。     

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。