超浅层顶管施工引起路基地层移动数值模拟

覆盖土层薄的超浅层顶管穿越路基施工引起管道周围土体移动会对路面结构造成破坏。结合实际工程,运用有限元模拟超浅层顶管穿越路基引起的地层移动和现场地表变形监测,研究了管道摩擦力、注浆率、顶推力、路面交通荷载等因素对覆盖土层变形的影响。研究表明:地层移动是先隆起后沉降,覆盖土层下部的移动速度比表层的大;地表变形的有限元计算结果和现场实测数据基本吻合;超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动,横断面地表沉降变形在工具管纵向通过2倍顶管外径后基本趋于稳定,横向地表沉降沿侧向分布近似为正态分布,主要影响范围在顶管轴线左右两侧各1.5倍顶管外径的范围内;变形要求严格的地面下进行超浅层顶管施工,可以通过有限元分析对周围环境影响程度的评价。     

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。     

基于土体损失模型软弱地层超大直径钢顶管施工土体变形分析

针对顶管施工引起的土体变形问题,结合深圳市超大直径钢顶管施工项目,基于非等量径向土体损失模型,对Peck公式进行修正,计算得到该地区土体损失率为1.34%,并依托工程实例分析了软弱地层钢顶管施工土体变形规律。分析结果表明：土体损失是引起土体变形的主要因素,顶管顶推力次之,摩阻力对土体变形不敏感;从纵向分析,土体变形具有衰减性,受扰动区域在掌子面前方5 m范围内;从横向分析,土体变形具有扩散性,受扰动区域主要集中在顶管左右两侧6 m及软弱地层内;数值模拟结果与修正Peck曲线、现场实测拟合曲线吻合性良好。通过以上分析认为对软弱地层超大直径钢顶管施工土体易产生变形的区域,应采取一定措施减少其扰动程度。     

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.     

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。     

盾构隧道下穿既有电力隧道影响分析和控制措施

以重庆市轨道交通15号线二期工程为依托,分析盾构隧道近距离下穿既有电力隧道产生的影响,并提出相应的加固措施。运用有限元软件Midas GTS Nx建立盾构隧道与既有电力隧道三维模型,分析对电力隧道周围土体预注浆加固前后两种工况下盾构施工对电力隧道产生的影响,并将有限元模拟结果与理论计算结果进行对比验证。结果表明：在盾构隧道下穿施工前,对既有电力隧道周围土体采取预注浆加固措施,能够有效降低盾构施工对既有电力隧道产生的影响;隧道贯通后,加固工况土体沉降最大值比未加固工况降低51.9%,降幅明显;两种工况下盾构施工引起的电力隧道侧移累计值降低75.1%;土体沉降理论解和有限元模拟解基本吻合,证明了有限元模拟的合理性以及预注浆加固措施的有效性和可靠性。     

顶管施工环境影响的二维有限元计算分析

通过建立二维有限元模型，计算了顶管施工中由于开挖支护作用，对土体变形和管道体应力所产生的影响并与现场试验所测得的地表变形进行了对比，通过有限元模拟，探讨了管道在偏斜5、8、10cm时所对应的管道的内力变化情况，并计算了偏斜不同量值时的地表变形情况，同时研究了顶管上层土体加固不同深度和宽度措施对减小地表变形的作用，经研究表明：偏斜对土体变形有很大的影响，通过土体加固措施，可减小地表土体的变形。     

盾构下穿铁路路基钢轨变形及路基沉降分析

为研究地铁盾构下穿铁路路基过程中钢轨变形与路基沉降的变化规律,分析路基深孔注浆的加固效果,基于天津地铁7号线盾构施工下穿某铁路工程,采用有限元软件Midas-NX对盾构下穿既有铁路过程进行动态模拟,分析了盾构穿越过程中有无深孔注浆时钢轨的水平与竖直变形,以及盾构施工完成后铁路路基竖向位移的分布规律.结果表明,钢轨的横向变形经历了两次先增后减的过程,并沿轨身呈对称分布;钢轨变形在盾构两次到达铁路正下方时达到极值,沿轨身沉降槽中心随施工步骤逐渐向工程中心移动;土层经深孔注浆加固后,钢轨的横、竖向位移以及路基沉降分别减小了85.1%、76.7%和74.1%,有利于保证铁路在地铁盾构过程中的安全性.     

北京地铁连拱换乘通道下穿引桥施工沉降控制研究

本文依托北京地铁14号线十里河站与10号线十里河站3条暗挖换乘通道下穿十里河桥引桥工程,研究了地铁连拱换乘通道下穿引桥施工沉降控制问题.采用MIDAS-GTS NX建立连拱换乘通道的三维实体模型,分析通道开挖施工在原始土层、全断面深孔注浆加固和全断面深孔注浆加固+超前小导管3种加固工况下的地表沉降、拱顶沉降及对引桥的影响.根据地表沉降随换乘通道开挖步序的变化规律,提出4种沉降控制措施.结果表明全断面深孔注浆加固+超前小导管支护的土体加固措施能有效减少地表沉降和降低对引桥的影响.     

软土地区大直径盾构下穿建筑物注浆方案优化

依托京津城际延伸线天津至于家堡工程解放路隧道盾构区间下穿东顺旅馆施工,采用三维有限差分软件FLAC3D对盾构下穿建筑物进行数值模拟,结合现场监测数据,分析建筑物注浆加固效果.为了确保盾构安全下穿建筑物,提出3种不同的加固方案,并采用FLAC3D进行数值模拟分析.研究结果表明:优化后的注浆方案可以保证盾构安全下穿建筑物.