土压平衡盾构掘进对散粒体地层扰动和开挖面破坏特性研究

 采用自主研制的? 800 mm土压平衡盾构掘进试验系统,对砂卵石与砂土地层开展室内缩尺掘进试验研究,以分析土压平衡盾构掘进对地层的扰动特征;同时,针对室内缩尺掘进试验,开展离散元数值模拟以分析盾构掘进开挖面的变形与破坏形态。研究表明：砂土地层地表沉降曲面自上而下呈现逐渐收缩的“圆形漏斗”状,砂卵石地层地表沉降曲面自上而下呈现逐渐收缩的“V型河谷”状;砂卵石地层地表横断面沉降槽宽度系数相比砂土地层要小;2种地层地中沉降槽宽度参数都随地中深度比的增加而呈线性增大,相同深度比条件下砂卵石地层地中沉降槽宽度参数要小于砂土地层;砂土地层沉降时间效应曲线较为渐进和连续,而砂卵石地层则呈现突变性;2种地层开挖面破坏形态均为烟囱状,但砂卵石地层的开挖影响范围无论在横向还是纵向上都要小于砂土地层。     

含石量对砂卵石地层隧道开挖地表沉降影响研究

作为一种土石混合体地层,砂卵石地层中隧道开挖引起的地表沉降受到地层细观结构的影响。考虑材料的非均质性,本文采用细观有限元方法,计算出不同含石量的砂卵石地层中隧道开挖引起的围岩变形,探讨了Peck公式在描述地表沉降曲线的适用性。在此基础上,分析了地表沉降最大值和沉降槽宽度系数随含石量的变化规律,并分别给出了特征参数比值系数的数学描述公式。研究表明:当含石量在10%～50%变化时,地表沉降最大值的比值系数随着含石量的增加而逐渐减小,沉降槽宽度系数的比值系数随着含石量的增加而逐渐增大,且两者的变化规律均可采用指数函数描述。本文研究为不同含石量的砂卵石地层隧道开挖地表沉降提供参考。     

砂卵石地层盾构施工对地层扰动与地表沉降的影响分析

以成都高漂石含量砂卵石地层为研究对象,采用PFC2D模拟了双线隧道盾构掘进时对砂卵石地层的扰动规律,并通过Midas有限元模拟分析了双线隧道盾构掘进时的地表沉降规律.结果 表明砂卵石地层在掘进过程中将形成一个倒三角的松动区,并引起掌子面前方土体向此区域移动,最终形成楔形移动面;同一里程处隧道引起的地表沉降随着盾构推进呈增大趋势,根据监测数据显示,地表沉降规律与模拟结果基本一致;双线盾构施工时,左右两侧的地表沉降相互影响,最大沉降位置将随着开挖方向发生偏移,并呈中心轴线沉降量最大,两侧地表沉降亦呈现出基本对称分布的规律.     

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。     

管棚注浆支护隧道开挖引起地表变形特征分析

隧道开挖引起的地表变形是工程安全的重要指标,基于管棚注浆隧道开挖引起的地层受力分析,将地表变形影响因素分为注浆压力、附加荷载和地层损失,并引入Mindlin解和Peck公式,获得了隧道引起的地表变形计算公式。通过对地表变形特征进行分析,结果表明:岩土力学参数对地表变形最大值有显著影响,但对沉降影响宽度影响甚微;沉降槽宽度、地层损失率和沉降宽度与沉降槽宽度比值(I/i)均随内摩擦角和黏聚力增大而减小,弹性模量对沉降槽宽度几乎没有影响,随弹性模量增大,沉降槽宽度稳定在7.6~7.9,地层损失率迅速减小并在1.2‰左右趋于稳定,I/i则迅速增大并稳定在3.0左右。隧道参数对沉降最大值和沉降影响宽度均有显著影响,且影响幅度没有减缓的趋势;在单一地层中,随着埋深增加,沉降槽宽度、地层损失率均呈直线增大,I/i值先增大后减小;随洞径增大,沉降槽宽度呈线性增大,地层损失率呈线性减小,I/i值先增大后减小,最大值为3.1左右。     

浅埋地铁隧道施工影响下含空洞地层的变形特征分析

地层空洞的存在使得隧道结构周围的地层环境变得更为复杂,在地铁隧道施工的影响下极易引起地表沉降加剧甚至地表坍塌。针对V级围岩地铁隧道,采用三维模型试验和数值模拟研究了不同位置地层空洞对地表沉降的影响规律以及空洞的变形特征,同时通过修正后的Peck公式对试验结果进行拟合分析。研究结果表明:空洞的存在使得地层损失加剧,地表沉降槽深度和宽度均有所增大,沉降槽曲线整体向空洞一侧偏移,通过修正后的Peck公式能较好地拟合出沉降曲线形态;从地表整体沉降形状上看,空洞上方一定范围内地表沉降较大,地表会出现明显的沉降盆形态;综合考虑空洞对地表沉降槽宽度和深度以及地层损失率的影响,认为空洞位于隧道斜上方是最不利位置,在施工过程中对这一方位地层空洞应重点关注;不同方位空洞的变形模式不同,主要表现为立式椭球体和卧式椭球体等变形模式。     

软黏土深埋矩形顶管施工地层变形分析

结合上海轨道交通14号线静安寺车站工程，基于颗粒间应变(IGS)小应变刚度本构模型对顶管顶进过程进行了三维数值模拟。通过对比现场实测及既有工程经验，验证了数值模型的有效性。利用数值模拟，分析了软黏土地层中矩形顶管施工地层变形响应。主要结论包括：(1)基于IGS小应变本构模型的数值模拟可以合理反映矩形顶管顶进引起地表沉降特征；(2)顶管施工引起地表沉降形态可以通过高斯曲线表征，随着顶管顶进，沉降槽宽度系数变小；(3)土体深层水平位移呈“S”形分布，在隧道顶部所在深度，土体具有最大的远离隧道的侧向位移和沿顶进方向的水平位移，在隧道底部所在深度，土体具有最大的朝向隧道的侧向位移及沿顶进反方向的水平位移。     

Peck修正公式在北京地区砂卵石地层沉降预测中的应用

基于传统Peck经验公式,引入断面修正系数进行修正,并研究北京地区砂卵石典型地层下大跨度PBA法施工车站地表沉降规律,通过工程实例验证修正后Peck公式的适用性。研究结果表明,修正后Peck曲线与实测数据吻合较好,可利用部分监测数据较好地预测施工沉降。砂卵石地层沉降槽宽度为8. 75～15. 15m,最大地表沉降为48. 85～77. 61mm,地层体积损失率为0. 365%～0. 860%。     

青岛上软下硬复合地层矿山法隧道施工地表沉降规律分析

文中依托青岛地铁2号线五南区间矿山法隧道工程案例,运用FLAC3D有限差分软件并结合施工现场监测数据,探究矿山法隧道穿越上软下硬复合地层时地表沉降规律。通过对监测断面的地表沉降数据进行高斯峰值函数拟合,得出地层损失率、沉降槽宽度系数等反映监测断面沉降规律的相关参数。根据数值计算结果并结合现场实测数据,研究洞身处软硬地层厚度比、上覆土层类别以及爆破开挖进尺对地表沉降规律的影响。研究结果表明,随着隧道洞身处软岩比例的增加,地表沉降最大值及地层损失率均显著增加;随着爆破进尺的增大,地表沉降最大值及地层损失率均明显增大;上覆地层条件的改变对沉降槽规律影响不大。青岛地区上软下硬复合地层地铁施工引起的地表沉降受洞身处地层条件及爆破进尺影响显著,受上覆土层影响较小。     

富水地层盾构施工引起的沉降实测分析

盾构隧道开挖受地质影响较大,不同地区不同土层开挖会导致其盾构施工引起的地层损失率η和地表沉降槽宽度系数K也不同,导致其施工经验难以完全借鉴.文中以杭州地铁8号线一期SG8-2标中文桥区间风井-桥头堡站盾构区间为工程背景,对该地区的盾构施工引起的实测数据进行分析,得到该地区的地层损失率η和地表沉降槽宽度系数K;并对盾构施...     

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。     

砂卵石地层冻结法施工融沉效应研究

本文针对富水砂卵石地层联络通道应用冻结法进行施工时的融沉特性进行研究,在数值模拟软件ANSYS中采用间接法进行热力耦合计算,模拟地铁联络通道冻结法施工的全过程,探讨富水砂卵石地层融沉阶段地表变形、双线隧道管片及联络通道结构的变形与受力特性,为实际工程施工提供有效的参考与建议。结果表明:随着砂卵石地层的逐渐解冻,地表沉降呈逐渐增大的趋势,但砂卵石地层的融沉效应小,融沉变形仅有1.85 mm;管片和联络通道结构的沉降变形值随砂卵石地层的解冻逐渐增大,在此过程中管片和联络通道结构的拉应力减小,压应力增大;实际施工中,应该重点监测管片结构在与联络通道结构连接处顶部的沉降变形、底部的受压情况以及联络通道结构底板处的沉降变形和受压情况。     

成都砂卵石地层桩锚支护侧土压力实测分析

为了得出砂卵石地层条件下实际作用于支护结构上的土压力分布模式,基于成都典型砂卵石地质条件的现场监测数据,对深基坑开挖过程中实测土压力进行分析研究。结果表明：砂卵石地层条件下实测土压力呈类波状的非线性分布;桩顶下约3 m范围内实测土压力位于朗肯主动土压力与静止土压力之间;距桩顶约3 m以下的实测土压力远小于朗肯主动土压力;水平位移对圈梁和基底处的土压力的影响很小,并分析了出现这种情况的合理性,对类似深基坑支护体系的设计具有重要的参考价值。     

砂卵石地层盾构施工引发的滞后地面塌陷机理

针对砂卵石地层盾构施工地面突发塌陷频发的情况,结合成都地铁1、2号线地面塌陷实例,研究了盾构施工引发的滞后地面塌陷机理;分析了砂卵石地层地质条件,利用大型三轴剪切试验获得其力学特性;选用颗粒离散元法进行数值计算,通过三轴数值试验标定了土体的细观参数;通过数值计算模拟了开挖面失稳和空洞向地表移动.研究结果表明,当开挖面支护压力较小时,位移大于0.1m的颗粒接触力极低,该区域的土体孔隙率变大、力学性质也降低,该区域是开挖面失稳区,掘进过后将在盾构上方形成空洞;砂卵石层开挖面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,这是地面滞后塌陷的重要原因.     

地铁车站开挖引起地表沉降分析方法的对比研究

 地铁隧道开挖过程引起的地表沉降会对周围环境造成一定的影响。结合青岛地铁车站开挖引起地表沉降过大的问题,首先,以该车站地表沉降实测数据为基础,利用Peck方法得到车站开挖引起的沉降槽宽度、地层损失率,拟合地表沉降槽曲线。并对该地铁车站开挖引起的地表沉降槽宽度的计算表达式给出建议。其次,利用随机介质理论方法反分析地铁车站初步开挖引起的地表移动参数,包括沉降槽影响范围以及断面收缩率,并利用所得的参数对该车站的进一步开挖进行地表沉降预测。最后,在将Peck方法和随机介质理论方法对比分析的基础上,得到2种方法对于地表沉降影响范围计算结果的差异;为了进一步验证该结论的正确性,利用反分析的方法得到我国部分城市隧道开挖引起的地表移动参数,并将开挖地层影响角换算为沉降槽宽度与现有的计算结果进行对比分析。     

砂卵石地层盾构施工滞后沉降形成的细观研究

成都地铁区间盾构隧道所处地层主要为典型富水砂卵石地层,盾构施工引起的地层损失在地下水、地面荷载等影响下很容易形成滞后沉降,导致地表发生塌陷。针对成都地铁1号线一期工程建设经验,总结了砂卵石地层滞后沉降形成的原因,同时,采用颗粒分析软件PFC^2D,从细观层面对砂卵石地层中滞后沉降的发展形成过程进行模拟,分析隧道埋深、地层空洞位置等因素对滞后沉降的影响。研究表明,砂卵石地层的特殊工程地质性质是滞后沉降形成的根本原因,盾构施工工艺是关键影响因素。细观研究表明,地层损失导致在隧道两侧上方约45°方向出现两条破碎带,形成三角形的松散区域,洞周地层应力发生显著变化。隧道埋深直接影响滞后沉降是否发生,地层空洞方位对滞后沉降的发生区域有重要影响。     

盾构隧道变位复变函数解的验证与参数分析

针对不排水黏土浅埋盾构隧道的一种(均匀)收敛-椭(卵)变(形)-(刚体)下沉复合体积损失模型,分别引入椭变系数与下沉系数,采用改进的复变函数求解方法,求解对应的地层变位和地层应力,并分析复合体积损失模型参数的影响。参数分析表明:(1)随着隧道下沉系数或椭变系数的增大,地表沉降值增大,沉降槽宽度也增大,但增加的量值不大;(2)隧道椭变系数主要会影响地层水平变位的大小及方向,而隧道下沉降系数则主要影响地层水平变位分布曲线的曲率;(3)最大环向应力出现在开挖边界的顶部,主因是隧道的下沉,次因是隧道的椭变。本文方法可以计算分析粘土浅埋盾构隧道开挖引起的地层变位以及应力分布。