城市轨道交通软土地层盾构隧道沉降问题探讨

以某市轨道交通二号线为例,采用有限元数值模拟方法并分盾构推进阶段和衬砌拼装完成阶段进行了软土地层盾构隧道沉降问题的探讨.分析结果表明,软土地层中盾构隧道沉降与隧道结构施工及运营安全息息相关,且施工扰动是导致软土地层盾构隧道施工沉降的主要方面,在盾尾注浆施工阶段应使盾尾注浆浆液体积大于盾尾空隙体积,在盾尾脱开阶段应加强同步注浆控制,并在掌握该工程盾构隧道沉降基本规律的基础上加强控制,以保证施工质量.     

城市轨道交通软土地层盾构隧道沉降问题探讨

以某市轨道交通二号线为例,采用有限元数值模拟方法并分盾构推进阶段和衬砌拼装完成阶段进行了软土地层盾构隧道沉降问题的探讨.分析结果表明,软土地层中盾构隧道沉降与隧道结构施工及运营安全息息相关,且施工扰动是导致软土地层盾构隧道施工沉降的主要方面,在盾尾注浆施工阶段应使盾尾注浆浆液体积大于盾尾空隙体积,在盾尾脱开阶段应加强同步注浆控制,并在掌握该工程盾构隧道沉降基本规律的基础上加强控制,以保证施工质量.     

浅埋软弱地层盾构隧道施工建筑物沉降分析

浅埋软弱地层盾构隧道施工对周边环境影响明显,为保证临近建筑物的安全,对建筑物进行提前加固,严格控制盾构推进的各项参数并对建筑物以及隧道轴线地表变形进行监测。监测结果表明盾尾脱出阶段建筑物沉降量最大,沉降速率最快;盾尾后方25m范围内地表沉降比较明显,随后逐渐趋稳。     

厦门轨道2号线跨海段盾构适应性分析

厦门轨道2号线海东段作为国内第1条海下盾构地铁,对其中的海沧大道站—东渡路站区间遇到的淤泥质黏土、粉质黏土和上软下硬地层及多孤石多基岩凸起地层、开挖面失稳、盾体及盾尾需保压、盾构拱部穿越粗砂层等多种地层相结合的特殊复杂地质条件,且面临刀盘刀具磨损严重、环流系统出渣困难、盾构密封、海底换刀等施工难点,提出盾构适应性的总体要求,分析盾构动力设备、刀盘、刀具等关键部位的适应性,优化刀盘设计、刀具配置,最后针对典型施工难点进行分析并提出解决方法。     

盾构下穿公路的地表沉降的控制方法

盾构下穿公路,对地表沉降要求高,一旦出现问题,将给道路造成不可逆的影响,并造成严重的生命和财产损失.因此,亟需一种盾构下穿公路的控制地表沉降的方法.以广佛环线施工为依托,通过现场施工和理论分析相结合的研究方法,建立了盾构下穿公路的控制地表沉降的方法体系,主要得出以下研究成果:(1)对盾构下穿公路引起地表沉降的原因进行分析.(2)研究盾构过程中对地表沉降的控制技术,指出刀盘前方地层变形控制、盾体上方地层变形控制、盾尾地层变形控制的要点.(3)通过盾构下穿公路的地表沉降的控制方法在广佛环线施工上具体应用,监测地表沉降值在许可范围内,验证了该方法的合理性与有效性.     

大直径隧道盾构穿越机场滑行道沉降控制

介绍了虹桥综合交通枢纽仙霞西路隧道大直径泥水盾构在浅覆土条件下穿越机场滑行道的沉降控制技术。采用PLAX IS2D有限元软件计算盾构推进对跑道的变形。为满足机场绕滑道的技术要求,地层损失率应控制在0.2%以内;在施工中采取将切口水压波动幅度控制在0.01~0.02 MPa;出土量误差控制在±0.5%以内;盾构掘进速度控制在10 mm/m in以内;根据地表沉降情况,在离盾尾8~10环的位置进行二次注浆。     

杭州庆春路过江隧道施工风险控制实例分析

 介绍杭州庆春路过江隧道施工过程中的风险控制,分析盾构出洞时洞门涌泥水及加固区土体坍塌的原因、规避及处理措施;分析两线盾构先后穿越钱塘江大堤时大堤沉降明显不同的原因,结合工程实践提出泥水盾构过堤控制沉降的措施;分析工程中盾尾密封失效的原因,并介绍在江底高承压水地层中采用液氮冻结封堵地下水和修复盾尾刷的方法。工程实践表明,良好的洞门密封可以避免洞门涌水和加固区土体坍塌;持续降雨和泥水压力的剧烈波动会加剧大堤的沉降,而通过优化盾构掘进参数,可以降低盾构施工对大堤的扰动;液氮冻结法可以安全地封堵地下水,更换第一道尾刷并且增设一道尾刷的方案可以成功地消除盾尾漏浆涌水的风险。     

盾构穿越古河道时地面沉降控制

随着全国各地轨道交通的兴建,施工技术日趋成熟。但是在轨道交通建设中,采用盾构法穿越淤泥质黏土地层时,对地面造成的沉降不可避免,因此难以保证地面重要建筑物和设施的安全,同时也造成施工成本增加。以上海轨道交通13号线真北路站—大渡河路站区间盾构推进为例,对盾构推进时的主要参数、同步注浆及二次注浆进行优化,从而有效地控制了施工中穿越淤泥质黏土时引起的地面隆沉。     

软粘土中盾构掘进地层变形与掘进参数关系

在407环~478环穿越地层主要为2-1B海陆交互相沉积淤泥质土层,2-4海陆交互相沉积粉质粘土层,针对这两类典型的土覆盖低层土压平衡盾构施工,并且获取了相关的数据资料,对地表沉降与盾构施工的关系进行研究和分析。结果表明,盾构推力、开挖面支护压力和盾尾注浆率的等影响比较大。因此,对在软粘土中盾构施工的过程中,滞排的原因、处理过程及应对措施等进行分析和研究,调整掘进的参数,控制地层变形。     

含淤泥质粉质黏土层基坑的监测与模拟分析

淤泥质粉质黏土层具有含水率高、孔隙比大、压缩性高及具有一定蠕变性等特点,在地层中一般作为弱力学层的软弱夹层,使得软土地层的强度和变形较为复杂。以含淤泥质粉质黏土的某软土基坑为背景,通过监测桩体的水平位移和周边地表沉降变形,发现在基坑开挖过程中,含淤泥质粉质黏土层的地层变形较大,易造成基坑不均匀沉降;利用FLAC3D软件分析了内摩擦角φ和黏聚力c值对软土的变形影响规律,发现随着φ和c值的增加,基坑变形减小,与现场监测变形结果一致;通过分析得出,有效控制淤泥质黏土层的含水率,及时有效地监测基坑变形,是保证含淤泥质粉质黏土软土基坑安全高效施工的前提。     

砂卵石地层圆形隧道施工引起的土体移动特征

采用室内模型试验研究了不同地层损失率下的地表沉降及地中位移分布,揭示了砂卵石地层圆形隧道施工地层损失引起的土体移动特性及传播机制。试验结果表明:不同地层损失下地表沉降槽同样具有高斯分布函数形态特征,距隧道中心线1D范围为地层沉降的主要区域,该区域沉降受地层损失的影响最大;水平位移量值较大,最大水平位移出现在隧道左侧拱肩斜向上至地表的区域;地层颗粒的移动方向总体指向地层损失产生区域,同时受地层损失的大小、形态及分布特征等因素的影响;地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而缓慢增大。研究表明,不同地层损失下土体的松动、塌落及重新固结是砂卵石地层位移的主要原因,由于地层损失导致砂卵石地层物性参数的改变和颗粒在水平方向的移动和填充作用,使得地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而改变。     

滨海软土地层浅埋超大直径盾构隧道开挖面破坏机理及加固范围研究

为了确定软土地层中隧道加固的合理范围,保证盾构隧道在软土地层施工的安全性,以珠海横琴杧洲隧道工程为背景,开展了软土地层浅埋超大直径盾构隧道开挖面破坏机理及合理加固范围的研究。基于三维有限元分析,研究了加固范围对开挖面主、被动破坏形式及地表变形的影响。结果表明:随着加固土层厚度t的增加,地层受开挖扰动的区域逐渐缩小,地层显著位移区域由地表收缩至开挖面前方土体,破坏形式由整体破坏转为局部破坏,t=0.20D(D为隧道直径)相比t=0时地表沉降(隆起量)减少70%～80%,地表最大变形点沿纵向的位置基本一致,均在开挖面前方约0.5D处; 随着t的增加,开挖面支护压力可调节范围增加,t=0.20D时相比t=0时可调节范围增加了32.5%,这使得实际施工过程更有利于维持开挖面的稳定性; 结合经济及加固效果两方面考虑,实际工程进行地层加固时取加固土层厚度t=0.20D为较合理的方案。     

盾构隧道穿上软下硬地层掌子面顶推力优化研究

上软下硬复合地层是盾构施工中经常遇到的一类地质状况,在这种特殊地层条件下进行盾构施工有很多难点,结合深圳地铁7号线穿越上软下硬交界地层的工程实例,采用数值模拟的计算方法,对盾构隧道穿上软下硬复合地层(“由软入硬”及“由硬入软”)掌子面各分区内顶推力进行优化分析,结果表明:在盾构掘进穿越上软下硬地层的过程中,适当减小上部分区内千斤顶推力并增大下部分区顶推力的措施可以有效减小“由软入硬”段管片应力(S1减小2.76%~3.1%、S3减小3.39%~3.46%),并得出掌子面上中下分区内千斤顶推力的比例在8∶13∶18~10∶13∶16范围内较为合理。但这种调整盾构姿态的措施会使地表沉降出现增大趋势,而在实际工程中则可以适当增大土仓压力来抑制地表沉降的增大。     

超大直径泥水盾构掘进对土体的扰动研究

 依托南京长江超大直径泥水盾构隧道工程,通过在始发试验段埋设地表沉降观测点、测斜管、土压计力及孔隙水压力计,进行相应项目的试验。研究泥水平衡盾构掘进各阶段对土体的扰动机制、扰动规律、影响范围以及影响程度。分析得出应力扰动度与距离之间的相关关系,在此基础上计算出盾构推进对土体的显著应力扰动区域(应力扰动度≥5%)为盾构外侧16 m(约一倍洞径)。建立切口压力、同步注浆压力与地表沉降之间的数学模型,进一步修正Peck公式,使之能更好地预估泥水盾构掘进引起的地表沉降。最后结合盾构掘进参数,探究减小土体扰动的措施。     

砂土地层盾构隧道施工对地层扰动的室内掘进试验研究

土压平衡式盾构机在穿越流塑性差、渗透系数大的砂土地层时容易对隧道周围土体产生扰动,导致地表沉降不易控制和作用在衬砌结构上的土压力发生改变。针对地铁盾构隧道穿越砂土地层引起的地层扰动,采用一种能完全反映盾构隧道动态施工全过程的分析方法尤为重要。以城市地铁盾构区间隧道施工采用的土压平衡式盾构机为原型,研制 800 mm土压平衡式模型盾构机,该机主要包括推进机构、掘削机构和出土机构,能实现盾构始发、刀盘切削、螺旋出土、管片拼装等主要功能,以此开展砂土地层中盾构施工的室内掘进试验。试验过程中对盾构掘进引起的地层沉降及衬砌结构上的土压力进行量测,分析地层沉降形态和衬砌结构上土压力的分布形态,同时将试验结果同理论计算、数值分析及现场资料进行对比。研究结果表明,土体性状和盾尾注浆对地层沉降具有重要影响,地层损失是地层发生沉降的主要原因。未注浆情况下盾尾脱环引起的地表沉降值占总沉降值的60%以上,且由于未注浆而增大的地表沉降所占比例为20%～30%,沉降时程曲线具有阶段性和时效性。地表沉降槽宽度系数i与现场测试数据具有一致性。衬砌结构上的土压力分布类似于上下端为长半轴、左右端为短半轴的椭圆形,数值上试验实测值较理论计算值要小。     

穿过淤泥质粉质粘土层的灌注桩和箱形复合基础关键技术

某高层建筑复合基础结构15-19m深的人工挖孔灌注桩在穿过5～8m厚流塑性淤泥质粉质粘土层时．桩底的淤泥由于受到扰动而使整个围护桩和塔式起重机基础失稳向基坑内倾斜、周边建筑物相继出现了不良沉降和开裂破坏。通过深基础围护结构的施工设计比较,选用了以悬臂式钻孔灌注桩挡土结构为主的综合支护体系;在穿过淤泥层的桩基施工中,综合采用压密注浆、短模板和高强快凝混凝土护壁等施工技术,对类似深基础施工有一定的借鉴意义。     

盾构掘进对隧道周围土层扰动的理论与实测分析

在城市环境中，如何控制地层移动以保证隧道周围临近建筑物以及地下市政设施等的安全，是设计以及施工中必须考虑的主要问题。通过对盾构施工对地层扰动的一般性状的分析认为，地层的移动在盾构隧道周围呈现区域性的不同特征，而且随工作面压力的不同，各扰动区域间的分界面发生变化。另外。由于已有地下污水管道自身具有一定的刚度，它的存在对盾构掘进引发的地层移动产生一种遮拦作用而使地层移动特征发生变化。以上海地铁二号线工程为工程背景，通过在地下污水管道周围的地层中测定地层的超孔隙水压力和土层的移动(包括地层的分层沉降以及地层在两个方向的水平位移)。研究了盾构法隧道穿越地下污水管道时盾构推进与地层移动的相关性。研究表明，在盾构掘进接近、穿越以及远离测孔区3个施工阶段，隧道周围不同区域的土层呈现出各自不同的移动特征。     

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

 类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明：类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。     

砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

分析了成都砂卵石地层工程地质和水文地质条件,通过大型三轴试验对砂卵石层力学特性进行了研究。针对砂卵石层粘聚力低、离散性强的特点,选用颗粒离散元法作为数值计算工具,通过对大型三轴试验的数值模拟,对砂卵石层的细观参数进行了标定。研究了支护压力对开挖面变形、地表沉降、开挖面的最大位移和土层应力的影响。研究结果表明：1)开挖面土体破坏形状和砂土的离心试验模型相符;2)当支护压力较小时,开挖面前方土体颗粒接触力很低,颗粒流动趋势明显,因此容易引起超挖,从而导致盾构施工后形成地层中的空洞;3)开挖面前的上方土体成拱作用明显,即使土层内部形成空洞也不会立刻引起地面塌陷,这是目前成都盾构施工引发地面滞后沉降的主要原因。     

富水砂层泥水盾构施工孔隙水压反应研究

依托长沙市南湖路湘江大型江底盾构隧道工程,对大直径泥水盾构掘进引起的富水粉细砂地层孔隙水压力反应进行了分析研究。基于孔隙水压力测试数据,分析了大直径泥水盾构在富水粉细砂地层掘进时地层孔隙水压力的分布情况及变化规律。采用ABAQUS有限元软件建立了三维流固耦合数值模型,对泥水盾构施工引起的富水粉细砂地层孔隙水压变化进行模拟计算,对比现场测试数据,验证了本文三维流固耦合数值模型的合理性;将三维流固耦合模型应用于地层不同渗透性条件下孔隙水压力反应模拟计算,分析地层注浆加固后孔隙水压力扰动规律,评价加固效果,得出富水粉细砂地层盾构施工对孔压的扰动可采取预注浆加固进行有效控制结论。