上软下硬地层中盾构隧道管片上浮机理与控制分析

为了研究盾构隧道管片在上软下硬地层中的上浮机理,通过对施工阶段单环管片的受力情况进行分析,得出了浆液产生的浮力是引起管片上浮的主要诱因的结论。同时,建立了上软下硬地层中盾构隧道管片上浮量计算模型,引入上浮力时变系数,推导出了管片上浮量预测公式,并结合青岛地铁1号线某盾构区间施工实践,验证了其理论解的准确性。最后,提出了有效的抗浮措施,可为盾构隧道内管片上浮的控制提供参考。     

哈尔滨地铁过江隧道上浮控制研究

以哈尔滨地铁过江盾构隧道为依托,结合施工阶段管片的真实受荷状态,采用荷载结构建立考虑管片与螺栓、盾构机作用、注浆浆液和水土压力作用等影响施工期管片上浮的三维力学分析模型,分析管片施工期管片上浮和管片环接头变形特征,探讨千斤顶总推力、螺栓预紧力、注浆压力、浆液质量和浆液性质等因素对管片上浮的影响规律。研究结果表明,增加千斤顶推力,适当提高注浆压力,加快浆液凝固能有效控制盾构管片上浮趋势,而增加纵向螺栓预紧力对控制管片上浮则影响并不大。     

施工期同步注浆影响下盾构隧道管片纵向上浮特征分析与应用

同步注浆是盾构施工中的关键工序,浆液压力产生的上浮力是导致施工期管片上浮的重要因素.在未凝固区长度范围内,上浮力逐渐衰减,上覆土体基床系数逐渐增加.针对该类复杂力学问题,基于弹性地基梁矩阵传递法理论,综合考虑了浆液黏度时变性、上覆土体基床系数各异性以及施工荷载步叠加效应的影响,提出了一种施工期盾构隧道管片上浮预测方法....     

基于牛顿运动学的盾构隧道管片上浮机理与控制

盾构隧道施工中,管片局部或整体上浮现象时有发生。为研究盾构隧道管片上浮机理,避免出现管片上浮、错台现象,在分析上浮位移特征的基础上,提出管片上浮运动模型,认为上浮过程主要分为2个阶段,第1阶段为匀加速上浮阶段,第2阶段为匀减速上浮阶段;对脱出盾尾后的隧道管片进行了详细的力学研究并提出相应的计算公式,考虑了上浮过程中浆液的动态上浮力、黏滞阻力、环间摩阻力以及螺栓剪力等,基于牛顿运动学推导出管片上浮量的理论解析解。结合北京地铁新机场线08标段盾构隧道工程,验证了上浮量理论解析解的准确性,通过分析影响管片上浮的主要因素,提出了相应的抗浮措施。     

上海长江隧道抗浮模型试验与理论研究

饱和软土盾构隧道施工中,对于刚脱出盾尾的隧道经常会出现局部或整体上浮,隧道直径越大、覆土越浅,上浮现象越为突出,表现为隧道错台大、螺栓被剪断乃至轴线偏位,影响到隧道的稳定和施工质量等,传统抗浮设计未能考虑处于时变特性单液浆中隧道的浮力动态因素,现行相关设计规范也没有对隧道抗浮设计和施工措施做出明确的规定。文章首先介绍了上海长江隧道抗浮模型试验与结果,确定了超大直径隧道动态上浮力,以此为基础提出了隧道上浮稳定机理,并建立了盾构隧道上浮计算的理论模型,据此进行了上海长江隧道抗浮验算,并提出了相应的抗浮技术措施。     

北京地铁八通线南延局部盾构隧道管片上浮原因及控制

针对北京地铁八通线南延施—环区间盾构隧道施工中遇到的管片上浮问题,经管片位移监测,得出控制浅覆土段24 h内管片上浮量,是解决该区间隧道管片上浮问题的关键。通过进一步对管片受力情况、同步注浆、盾构姿态等上浮原因分析与排查,采取了控制盾构掘进出土量、调整同步注浆浆液配合比、对盾构机姿态进行控制等措施,取得了良好的效果,最大程度地控制了隧道管片在施工阶段的上浮,保证了周边环境安全,实现了质量控制目标。实践证明,所制定的盾构隧道管片抗浮措施科学、有效。     

大直径泥水盾构隧道浆液初凝后管片上浮规律研究

为了研究大直径泥水盾构隧道管片的上浮变化规律,对管片结构在施工过程中的受力进行分析,将管片的上浮分为浆液初凝前的急剧上浮和初凝后的缓慢上浮两个阶段,并引入地基沉降的弹性力学公式,在考虑地层应力、千斤顶反力、环间摩阻、螺栓抗剪力以及管片浆液自重因素下,建立了浆液初凝后管片上浮量计算模型。然后以上海地区正在修建的北横通道西线盾构隧道工程为背景,分析管片上浮量实时监测数据,找出管片上浮量的发展规律,确定浆液初凝后管片上浮量在整体上浮量中所占比例。并采用该比例根据实测上浮量求得浆液初凝后上浮量,与理论模型计算结果相比,二者较为接近,验证了浆液初凝后管片上浮量计算模型的合理性。     

盾构隧道管片上浮机理与控制分析

盾尾后方管片上浮是盾构法隧道施工过程中普遍存在的问题。本文针对南京地铁三号线TA-14标胜-天区间的盾构隧道施工过程中出现的管片上浮现象,分析了盾构隧道掘进过程中管片上浮的机理。从实测数据及受力分析入手,提出了管片上浮的两个阶段,其中第一阶段为管片上浮的主要时间段,在短时间内就完成了管片上浮总量的70%,为重点研究阶段。研究探讨了管片上浮量的决定性因素,认为改善水泥砂浆的初凝时间以及早期抗剪强度是有效控制管片上浮的重要措施之一。提出了施工过程中盾尾后方管片上浮的对策和针对性措施,可为今后类似盾构隧道施工提供参考。     

盾构隧道管片上浮机理分析及控制研究

管片上浮是盾构隧道施工过程中普遍存在的问题。本文针对北京地铁亦庄线盾构隧道施工过程中出现的管片上浮问题,提出了施工、设计过程中控制管片上浮的对策和措施,为盾构隧道的施工和设计提供了参考。     

盾构隧道施工阶段管片上浮的力学分析

 盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现管片错台、整体上浮等现象。对盾构隧道施工阶段管片注浆段进行受力分析,考虑静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机制,提出上浮阶段的衬砌环受力模型及计算公式。针对盾构隧道衬砌环在正常设计状态与上浮状态下的受力不同,采用修正惯用法衬砌设计理论分别对其进行内力计算,并将计算结果进行对比分析。结果表明：上浮状态下管片的弯矩值、剪力值和轴力值分别比正常设计状态下的管片内力增加64%,51%和46%,表明隧道上浮对管片受力不利。其中施工阶段动态上浮力对管片的受力影响非常大,超过静态上浮力,必须对其进行合理控制,防止压裂管片。     

盾构隧道内竖向顶管施工室内模型试验研究

传统的竖井施工方法对居民生活、环境及周边交通的影响大,在此背景下,竖向顶管技术得以快速发展.基于现有相关研究,设计并发明了一种竖向顶管室内模型试验装置,考虑了不同覆土高度、不同千斤顶顶升速度以及土层含水与否3种影响因素对竖向顶管施工的影响,研究盾构隧道内竖向顶管施工引起的盾构隧道内侧变形及地表竖向位移变化规律.研究结果...     

考虑上浮效应的盾构下穿对既有隧道影响研究

新建盾构隧道下穿会对上部既有隧道产生扰动,并可能使隧道产生结构病害。由于盾构管片重量远小于相应开挖土体重量,新建隧道的上浮效应会对既有隧道产生影响。基于两阶段分析法提出考虑新建盾构隧道上浮影响的隧道下穿引发既有隧道纵向变形计算模型,并利用现场实测数据进行验证。结果表明：考虑上浮效应的理论计算结果与实测数据较为吻合;控制新建隧道上浮量或减小新建隧道直径可有效减小由于上浮效应造成的既有隧道隆起变形。研究成果可为全面合理评估隧道下穿对既有隧道的影响提供依据。     

热力盾构隧道先盾后井施工衬砌接头变形机理与控制

先盾后井是热力盾构隧道建设中一种高效经济的施工工法。结合中国首例大断面热力盾构隧道工程,基于纵向等效连续化模型和弹性地基梁理论,对施工过程中衬砌接头受力特征和变形机理进行了分析,并提出控制措施;然后建立了衬砌接头全断面接触面单元数值模型,对控制效果进行分析和评价;最后通过现场监测,得到了不同施工阶段管片纵向轴力及接缝变形规律。研究结果表明:先盾后井工法施工中,衬砌接头变形分为两个阶段:基坑开挖及管片拆除,其中管片拆除为接头变形的主因,基坑施工中,基底卸荷产生的负弯矩作用于隧道上,导致邻近竖井管片底部轴力减小、环缝张开,拆除基坑内管片时,作用于端头管片的残余盾构推力和螺栓预紧力消失,导致管片纵向轴力进一步衰减,环缝二次张开;根据现场监测结果,提出的对邻近竖井的管片纵向拉紧并复紧连接螺栓,进行混凝土铺底及衬砌背后二次注浆的控制措施能够有效控制轴力损失,减小接头变形,施工中环向接缝最大张开量3.51 mm,满足隧道防水要求;采用全断面接触面单元建立的数值模型可以较为精确地模拟施工中管片接头力学行为,其结果可作为控制效果评价参考依据。     

软土地铁隧道纵向不均匀沉降导致的管片接头环缝开裂研究

地铁通车运行后,会因多种原因产生盾构隧道纵向不均匀沉降,诸如列车振动、渗漏、土体不均匀性等。隧道纵向过大,不均匀沉降会严重影响地铁的运行安全。基于某地铁隧道的纵向沉降实测数据,分析了纵向沉降对隧道结构安全性的影响。首先用抛物线分段模拟了隧道的纵向变形,得出了隧道纵向变形曲率;然后以等效轴向刚度模型为基础,建立了隧道纵向变形曲率与隧道管片接头环缝张开量之间的关系。通过对计算结果的分析,可较全面地了解整个隧道的纵向沉降以及隧道管片环缝张开量的现状,从而为软土隧道的运营阶段维护、改善结构和防水设计、施工方法等提供依据。     

盾构隧道地震响应的三维数值模拟方法及应用

在盾构隧道传统抗震分析方法基础上,针对上海一新建盾构越江隧道,提出以完全拟实仿真为特点的大规模盾构隧道地震响应的三维数值模拟方法,建立包括地基土、盾构隧道以及联络通道等多个对象在内的三维分析模型,整体的单元数和节点数均达到了4×106左右。模型考虑地基土的材料非线性,以及土体–隧道间、管片–管片间的接触非线性因素,最后利用动态显式算法及其关键技术进行基于高性能计算机的大规模地震响应分析。计算结果反映地基土–盾构隧道体系在地震荷载作用下的相互作用和变形,并对隧道衬砌结构中的管片应力以及连接螺栓的受力变化进行深入分析。     

基坑开挖引起邻近盾构隧道转动与错台变形计算

基坑开挖会对邻近盾构隧道的变形产生显著影响。考虑基坑开挖时卸载在隧道轴线处产生的附加应力,建立了综合考虑剪切错台变形和刚体转动变形的隧道变形计算模型,结合最小势能原理推导出隧道的纵向变形量、环间错台量、环间转角和环间剪切力的计算公式。选取两组工程实例进行分析,将计算结果与实测数据进行比较。研究结果表明:邻近并平行于盾构隧道的基坑侧壁的卸荷效应对旁边隧道的影响最大;隧道水平位移最大值附近的管片基本不发生错台变形和刚体转动变形,环间剪切力值也很小;而在隧道水平位移曲线的反弯点处,隧道的剪切错台量、环间转角和环间剪切力值达到最大;在基坑开挖工况下,邻近隧道的水平位移变形模式以剪切错台为主,刚体转动为辅。     

大直径越江盾构隧道各向异性渗流应力耦合分析

 上海长江隧道的直径和一次连续掘进距离迄今均为世界之最。隧道平均覆土9.0 m,最浅覆土仅6.8 m。为控制高水头下浅覆土中特大径盾构推进时管片的上浮,采用单液同步注浆工艺。用能够考虑土体渗透系数随应力状态变化的弹塑性各向异性渗流应力耦合模型,对上海越江隧道东线江中段的施工过程进行数值分析。结合实测数据,揭示盾构推进时管片上浮量和管片外侧孔隙水压力的变化规律,研究变形稳定后管片外侧及拱顶正上方各点孔隙水压力的分布状况,分析不同水深时地下水渗流对地表沉降和管片受力的影响。研究结果表明,目前采用的单液同步注浆材料及工艺能很好控制管片的上浮,管片变形稳定时壁后各点孔隙水压力与静水压力比值随深度增加而增大,水的作用使管片受力趋于均匀,但应注意高水位引起的高孔隙水压力对管片受力带来的消极影响。     

盾构隧道施工对已建平行隧道变形和附加内力的影响研究

以盾构隧道装配式衬砌结构为研究对象,引入各向刚度不等的连续材料模型,按变形等效原则对不连续的隧道结构横向和纵向的刚度分别进行了等效折减,采用室内相似模型试验和三维有限元数值分析相结合的手段,以广州地铁三号线大沥区间盾构隧道工程为背景,对新建隧道施工所引起的已建平行隧道纵向变位、纵向附加轴力和弯矩、横向变形、横向附加轴力和弯矩进行深入研究,探讨和揭示围岩条件,隧道净距,顶推力等因素对已建平行隧道的变形和附加内力分布变化规律的影响.研究结果表明,新建盾构隧道施工所引起的已建隧道的影响主要集中于邻近新建隧道侧的拱腰附近,在软弱地层保持一定的隧道净距是必要的,盾构顶推力需控制在一定范围内,具体视围岩、净距以及可能造成的位移、相对变形和附加内力情况而定.     

软土盾构法隧道纵向应力松弛规律的实测分析

为研究软土盾构法隧道的纵向应力松弛特性,对钱江隧道典型断面的管片体、衬砌环面的纵向应力松弛特性和环间纵向连接螺栓轴力的时变特性进行了长达两年的现场实测。结果表明,软土盾构法隧道管片体的纵向应力松弛将经历周期性剧烈波动、动态稳定、逐渐衰减、趋于稳定四个阶段的演变,其纵向应力平均值由3 MPa逐渐松弛为1.2MPa,在达到稳定前至少需要1 a时间;与此同时,衬砌环缝面上的接触应力松弛也经历上述4个阶段的演变,其接触应力平均值由2 MPa逐渐松弛为1 MPa,在达到稳定前至少需要18个月;隧道环间连接螺栓轴力先减小、然后暂时稳定、最后增大,且在经历了2 a的显著波动后仍未稳定表明隧道纵向应力松弛导致接触状态仍处于复杂的演变过程之中,其最终稳定需要更长时间。软土盾构法隧道的纵向应力松弛是衬砌环间接触调整、土体–隧道结构接触调整和螺栓体松弛三大要素的时变性及其共同作用的结果,可导致隧道环面接缝刚度降低、环间抗剪承载力下降、环间接缝的防水密封性能弱化等,应引起工程界重视。     

盾构隧道纵向变形性态研究分析

随着城市地铁和市政工程建设的发展 ,由于软土隧道发生过量的不均匀纵向变形对隧道内力、变形及正常运营的影响日渐突出。本文以盾构法隧道为基础 ,结合工程实例 ,对软土盾构隧道纵向变形和结构性态进行讨论 ,介绍了盾构隧道纵向变形的影响因素 ,重点分析了土性不均匀与荷载变化两大主要因素对隧道纵向变形的影响 ,最后给出了具有一定指导意义的结论。