砂卵石地层浅埋盾构隧道开挖面稳定模型试验

为探究浅埋砂卵石地层对盾构开挖的响应及开挖面的稳定性规律,设计了土压平衡盾构精细模拟装置,并开展室内模型试验研究。试验分析了浅埋砂卵石地层盾构开挖面变形对地表沉降、沉降槽形态的影响,得到了开挖面的破坏模式及变形破坏细观过程,并与纯砂地层试验进行对比。研究结果表明:(1)不同空间位置土体对开挖面位移的敏感性不同,但土体的破坏规律相似;(2)随开挖面位移增大,地层沉降–开挖面位移曲线表现出不敏感阶段、缓慢线性沉降阶段、加速沉降阶段、快速线性沉降阶段等4个阶段的规律;(3)浅埋情况下土体未出现局部失稳,经历弹性变形、弹塑性破坏之后直接发展为整体失稳破坏;(4)砂卵石土沉降槽两侧在对称性上存在差异;(5)浅埋砂卵石地层中盾构开挖对侧面土体影响范围较小,对前方土体影响范围较大。     

特大跨超浅埋地铁隧道下穿天桥过程稳定性控制

针对重庆花卉园地铁隧道洞室开挖复杂条件,在分析隧道稳定性关键影响因素和数值模拟基础上,提出相应控制措施,并结合现场监测对特大跨超浅埋隧道下穿天桥过程稳定性进行研究。结果表明：(1)特大跨超浅埋隧道开挖后难以成拱,引起地层变形明显,导致2#桥桩累计沉降和沉降速率均超过预警值,需采取相应补偿地层损失措施;(2)隧道偏载现象较明显,且各处等效应力集中对扁平率变化敏感程度不同,拱脚最为敏感,拱顶基本不随之改变而改变;(3)特大跨超浅埋隧道变形主要受各部开挖影响,其中核心土开挖造成的变形占主要部分,两侧上洞开挖造成的变形次之,是重点控制部位;(4)采用双侧壁导坑法并辅以超前小导管注浆、回填注浆及浅孔微震光面爆破等措施能有效控制特大跨超浅埋隧道下穿天桥稳定性。     

基于透明土试验技术的盾构侧穿桩基影响机制研究

为深入研究盾构侧穿既有桩基引起的地层与桩基的变形演化机理，引入了透明土试验技术和数字图像处理技术，研制了一套无损观测土体行为的室内物理模型装置，开展盾构隧道施工的模型试验。试验结合透明土可视化非侵入优势对不同隧道埋深、桩基位置、桩基长度等因素的影响规律展开研究。利用理论解析和数值模拟方法验证透明土方法的可行性及准确性。试验结果表明：理论解析、数值模拟及透明土试验具有较好的一致性。双线隧道施工会对地表沉降产生叠加效应，但后行隧道引起的地表沉降不足总沉降的10%；隧道沉降区域及极值都随着埋深比的减小而逐渐增大；当桩基入土深度大于隧道埋深时，桩基易在隧道埋深所在深度发生转动。文章为盾构侧穿桩基影响机制研究提供了一种新方法，丰富了盾构机制探索体系。     

平行隧道开挖引起场地沉降的透明土模型试验研究（英文）

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、土体损失率、埋深等要素对地表和地表沉降的影响规律。在此基础上,量化了土体损失率和场地沉降值间的数值关系。此数值关系可为砂质场地中平行隧道施工与设计提供参考依据,也为隧道间距初选以及埋深的初步确定提供理论支撑。     

合肥轨道交通2号线怀宁路站暗挖通道施工技术研究

合肥轨道交通2号线怀宁路站1,4号出入口暗挖通道下穿长江西路,2个通道属浅埋～超浅埋,通道的上覆地层与围岩为人工填土和膨胀性黏土,工程环境条件复杂。采用合理的设计与综合施工技术,实现在合肥地区浅埋土质围岩且地面道路有车辆荷载的隧道暗挖施工。其要点包括:采用超前大管棚+超前小导管相结合的超前支护,4部CRD+预留核心土开挖工法并控制循环进尺,在暗挖通道穿越的地面主干道上满铺12 000mm×2 000mm×20mm钢板以减小隧道上部地表的车辆荷载。监控量测表明,拱顶下沉等数据均符合控制标准,地表沉降、管线沉降的发展过程与暗挖隧道拱顶下沉过程相似。     

地铁交叉隧道地层变形分析

以北京地铁五号线东单站近距离上穿既有线东单-王府井区间为例,采用FLAC3D非线性大变形程序对交叉隧道采用浅埋暗挖四步台阶法进行新隧道施工引起的地层变形进行了三维数值模拟,再现了土体随开挖位移及应力变化规律,对既有隧道开挖位移分布模式及受车站开挖变化规律、地表与拱顶沉降规律对比、各地层竖向沉降规律,并与现场试验断面的实测数据对比分析,验证了结果的可靠性.     

浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究

 结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道,对浅埋三车道大跨度隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测,探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式,分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。通过现场试验研究发现,在浅埋大跨度隧道管棚施过程中和开挖到达掌子面前方时,地表已经发生先行沉降位移。采用三台阶七步开挖法,影响隧道中心附近地表变形的关键步序分别为上、中台阶开挖以及下台阶和仰拱施做,处于左右洞之间的地表变形受到左右洞两次施工干扰,大于左右洞外侧变形。掌子面施工对地表沉降变形影响范围主要集中在掌子面之后的1倍洞径(D)范围内,距掌子面1D距离之后,其变形逐渐变缓,最终地表沉降变形分布呈现整体向优先开挖一侧的偏态性。采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程,研究隧道地表沉降变形特征,其结果与现场监测所得结果具有较好的拟合性,所得结论对其他类似工程具有重要的借鉴意义。     

新意法与浅埋暗挖法施工隧道力学效应的对比分析

新意法与浅埋暗挖法最大的区别就在于对地层变形反应的分析方式和控制方式不同。为了研究两种工法在隧道开挖过程中的力学效应,选用FLAC3D软件模拟了新意法和两种开挖模式浅埋暗挖法开挖隧道,从地层横向变形、纵向变形、掌子面挤出变形及塑性区等方面分析其力学效应的差异性。通过分析可知,与新意法相比,分步开挖的浅埋暗挖法控制隧道的横向变形效果较好,塑性区横向范围两者基本一致;新意法隧道塑性区纵向范围更小,在掌子面挤出变形、隧道纵向变形控制效果上优势更明显。     

青岛复合地层双洞隧道开挖变形规律

双线隧道开挖不同于单线隧道,为研究复合地层地铁双洞隧道开挖施工引起的地表沉降规律,文中基于青岛地铁四号线静沙区间的相关数据,通过数值模拟对双洞隧道上覆土层的不同组合施工沉降变形规律进行研究。分析结果表明,隧道上覆土层中砂土与黏土层厚度的变化,对双线隧道开挖地表沉降最大值、地表沉降和围岩的应力状态的影响较小,变化幅度也影响较小,即不同的上覆土层条件下,对双线隧道开挖地表沉降规律的影响相对较小。     

软黏土地层基坑开挖对旁侧隧道影响离心模型试验研究

为研究软黏土地层基坑开挖对旁侧隧道的影响,开展了相似比为1∶120的离心模型试验。试验获得了基坑开挖引起的地层不排水抗剪强度、土体孔隙水压力、隧道周围地层水平向土压力、地表沉降、隧道沉降和弯矩响应规律。试验结果表明:①基坑底暴露导致坑底和隧道周围土体超孔压长时间演变,并伴随着隧道周围地层水平向土压力大小和分布形式的持续变化;②基于竖向有效应力衰减程度的土体扰动度评价方法,发现位于坑底下方0.3倍和0.7倍开挖深度处的土体扰动度分别达到了0.33,0.21;③因既有隧道的约束作用,围护墙外侧地表沉降主要位于Peck(1969年)预测的地表沉降Ⅱ区;④基坑开挖完成后,地表沉降、隧道沉降和弯矩持续发展,开挖完成815 d后隧道总沉降达到了开挖期间沉降的1.6倍。固结和蠕变变形是开挖卸载后隧道变形和内力持续发展的主要原因,实际工程中应尽量减少坑底暴露时间。     

黏质黄土地层高铁隧道变形控制基准研究

黄土隧道具有埋深浅、开挖时变形量大、稳定性差的问题,下穿既有建构筑物时,给地表建构筑物的安全带来巨大的影响,需保证开挖过程中变形在规范规定的范围内。针对黏质黄土地层高铁隧道开挖过程中的拱顶及地表变形规律进行分析,结合现场实测数据的分析,得出黏质黄土地层中隧道的沉降量与埋深及开挖方法有直接关系,相同的埋深下地表沉降与拱顶沉降有着显著的线性关系,其比值与施工方法的相关性不大。进一步得出了基于地表沉降控制要求的黏质黄土地层高铁隧道施工变形控制基准：S_v=[δ]/i_H,可供类似工程进行变形控制提供依据。     

曲线隧道盾构引起地表沉降分析

以某市地铁工程双曲线隧道区间为研究背景,建立了三维有限差分数值模型.通过数值分析得出盾构引起地表沉降的范围、地层水平移动规律以及双线隧道之间的相互影响.曲线隧道施工不仅在地表内侧引起的沉降范围较大,还影响了隧道周围土体的水平移动趋势.随着曲线半径的减小,隧道两侧沉降范围的差别逐渐增大,外侧土体的水平移动趋势向内侧扩展;随着隧道埋深的增加,沉降范围也逐渐增大,沉降值却不断减小.     

地铁浅埋暗挖隧道管棚预支护数值模拟

浅埋暗挖隧道的开挖及支护方式对其周围地层的影响是三维空间问题,文中通过采用拉格朗日有限差分软件数值模拟管棚预支护对地层沉降的影响,对不同施工阶段下的地层位移、地表变形及管棚、初期支护的受力进行分析。结果表明,使用管棚预支护有效减少了地层在施工过程中的变形,将沉降值控制在允许范围。     

厚硬岩层盾构隧道施工对地下管线影响分析

地铁盾构施工可能造成地下埋藏管线变形损坏。为预测盾构隧道施工穿过厚硬岩层时对地下埋藏管线的影响,以大连地铁201标段某区间隧道横穿马兰河床段为研究对象,对盾构施工引起地下埋藏管线影响状况进行研究。首先,基于FLAC^3D数值仿真,构建了坚硬岩层盾构施工隧道及其支护结构数值模型;然后,应用有限差分数方法对盾构施工地表沉降规律及其对地下管线随掘进过程的变形方式和程度进行分析,进而找出地下埋藏管线变形规律。研究结果表明,两组管线监测点的变形规律趋于一致,即50 m长的盾构开挖施工过程仿真中,均出现了稳定期、临界点和变形期;地下排水管线在X、Y、Z三向监测点均有变形产生,较严重变形出现在管线与地表垂直方向。本研究为掌握盾构施工对地下管线影响、提高施工安全可靠性,具有重要指导作用。     

广州轨道交通L8北延伸段某盾构隧道区间地表沉降实测分析

依托广州轨道交通L8北延伸段石亭和亭白区间隧道施工过程中地表沉降实测数据,通过曲线拟合等方法探究隧道施工过程地表沉降规律。利用PECK公式对典型监测断面地表沉降数据进行分析,对最大地表沉降量、沉降槽宽度等特征参数进行统计。通过对比研究不同地层条件下地表沉降规律,对地表沉降量与穿越地层及上覆地层条件的关联性进行分析。研究结果表明,隧道穿越地层条件对地表沉降影响程度显著,而上覆地层条件对地表沉降影响有限。因此,隧道施工过程中需尤其关注穿越地层条件,采取合适的掘进控制措施、监测预警方案以保证地面建筑物和道路安全。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

PBA法非对称不均匀变形引起地表沉降规律研究

通过北京地铁某地铁车站的工程实践,研究了洞桩法(8导洞)工程从群洞开挖到扣拱期间的施工步序、工序转换和空间变形发展规律,综合分析了几何轴对称的车站结构断面在施工时差条件下导致的空间不均匀变形发展规律,对比工程数值模拟、实测数据,研究了工法执行差异是引起“地层-结构”一体结构的空间不均匀空间变形的主要原因。经过对变形曲线的综合分析得知,形成的洞桩法结构周边的地层空间不均匀变形与空间临空、时空延续效应的叠加效果相关。最后针对性地制订工程对策并在工程中得以验证。本文的经验可以为类似工程的设计和施工提供有益的参考。     

地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道影响的试验研究

为了探明地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道的影响,通过隧道与地层相互作用的模型试验,对地表超载作用下隧道变形、土压力及土体沉降进行了量测。试验结果分析表明,相同的地表超载作用下,软土地层中的隧道横椭圆变形要大于硬土地层中的隧道横椭圆变形。当隧道穿越土层的土体压缩模量较小时,地表超载作用下隧道上覆土层表现为被动土拱土压力;当隧道穿越土层的土体压缩模量较大时则为主动土拱土压力。隧道竖向收敛变形与其穿越土层竖向压缩量之间的关系分析表明,隧道横断面变形刚度与穿越土层的土体压缩模量共同决定隧道上覆土层的沉降状态,从而决定了地表超载对既有盾构隧道的影响。研究成果定性地揭示了软土地区既有盾构隧道在地表超载作用下极易发生变形超限的机理。     

基于Trapdoor试验的双线隧道地表沉降预测公式探讨

城市隧道开挖引起的地层扰动不可避免。为了探讨双线隧道间相互影响以及可靠的地表沉降预测方法,利用课题组开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)模型试验装置和钢棒相似土构建二维试验条件,通过沉陷门下沉模拟隧道开挖变形。先通过单Trapdoor试验获取表面沉降曲线,拟合得到单线隧道开挖地面沉降Peck公式参数。再进行双Trapdoor试验,利用单Trapdoor参数叠加得到双线隧道地表变形,并与双Trapdoor模型试验结果进行对比。结果反映,在埋深较大、隧道间距较小的情况下,沉降曲线较早的由双峰形态过渡到单峰形态,从而利用模型试验数据划分了两种形态的大致范围。引入了峰值修正系数和间距影响系数对叠加公式进行修正,建立了基于模型试验数据的双线隧道地表沉降叠加修正公式。     

北京首条矩形顶管风险防控设计与沉降分析

北京新机场临空经济区永兴河北路综合管廊需下穿大庆—广州高速路,因管廊设计需规避或降低风险点,经过明挖、暗挖、矩形顶管等工艺比选,认为矩形顶管具有无需降水、控制地层沉降、工期进度较快、道路及管线无需迁改等优势,故采取双孔大断面矩形顶管穿越高速路。(1)通过受力计算分析,采取合理设置管节中隔墙,增加矩形顶管整体刚度,可减少地层变形,减少板厚、降低配筋率,从而控制投资;(2)通过确定适宜的土仓压力、压注减摩泥浆、地层补充注浆等措施,可有效减少地层扰动。监测结果表明,矩形顶管掘进完成后,高速路面最终沉降仅约为-25 mm。(3)通过沉降监测数据分析,得出矩形顶管掘进最优参数、双孔矩形顶管引起的路面沉降规律及影响范围计算方法。