大断面盾构隧道施工抗浮计算研究

基于大断面盾构隧道施工中经常碰到的上浮问题,首先讨论了盾构隧道施工中管片上浮的原因:水、注浆所用浆液、泥水盾构所用泥浆等所产生的浮力,以及建筑间隙的存在、施工过程对上覆土的扰动等,都可能是盾构管片上浮的原因.进而对盾构隧道抗浮问题进行了计算分析,在上覆土荷载及管片自重荷载之和小于管片所受浮力的情况下,重点考虑了邻接管片对上浮管片的约束作用(管片环间的摩阻力以及管片纵向连接螺栓自身的抗剪切能力),以及剩余力对上覆土产生的压缩效应.分析结果表明:隧道上浮问题的产生与否不仅与管片自重、上覆土荷载以及受到的浮力大小有关,也与管片本身特性有关;隧道抗浮控制既可以从改善上覆土性能,增加上覆土厚度入手,也可以从改善管片自身受力性能入手,诸如增加纵向螺栓数量、加大螺栓直径、加大螺栓紧固力、设置剪力键等.     

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。     

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。     

明挖基坑开挖步长对下方已建地铁隧道影响分析

针对重叠隧道中上部公路隧道施工对下卧地铁隧道影响的几个关键影响因素,文章采用数值模拟方法探讨了下穿隧道施工中不同开挖步长、不同净距、不同埋深条件下进行基坑开挖时,土体位移、下部盾构隧道变形和管片结构受力特征。得出了基坑开挖步长越大、隧道之间净距越小、下穿隧道顶板埋深越大,则土层和盾构管片上浮变形量越大等重要结论,对类似工程的设计和施工具有重要的指导作用。     

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。     

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。     

超大直径泥水盾构隧道抗浮原理及措施综述

管片上浮是大直径盾构隧道关键技术控制点,管片上浮的控制是确保隧道线形符合设计要求的关键。主要对隧道管片的受力、注浆浆液、盾构姿态、掘进速度等进行了管片上浮分析,并提出相关技术措施,为类似工程提供参考。     

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。     

地面卸载作用下软土大直径轨道交通盾构隧道结构变形预测

上海轨道交通L16采用外径为11.36 m的大直径盾构隧道,运营期邻近开挖卸载对大直径隧道的影响是隧道养护管理工作需要考虑的问题之一。借助有限元分析软件ABAQUS,建立包含内部结构的错缝拼装大直径轨道交通盾构隧道3D模型,计算分析隧道两侧土体对称开挖卸载工况下管片环的直径变形量、接缝张开量、中隔墙应力及石岩棉压缩量与土体开挖深度的关系。计算结果表明:模型每组拼装循环中的2个管片环受力变形基本一致;管片环整体变形呈"横鸭蛋"状;管片环变形与接缝变形在不同工况下达到规范规定的限值;中隔墙压应力的变化与石岩棉压缩量存在密切的关系。计算结果可为盾构隧道运营期的保护标准制订提供参考。     

海底盾构隧道管片上浮分析及控制研究

为研究海底盾构隧道中管片的上浮机理及控制方法,以厦门地铁2号线海底盾构段为依托,采用数值模拟方法,首先分析注浆压力、初凝时间等对管片上浮量的影响,并提出相应的上浮控制措施;然后,建立三维管片模型,对注浆压力作用下,上浮量和管片错动及螺栓的内力进行分析计算;最后,结合现场实测数据予以分析。结果表明:注浆压力越大,管片底部上浮量越大;软土与硬土条件下相比,管片上浮量下降43.8%;沿管片周边不同部位设置不同的注浆压力,提高浆液早期刚度,能显著降低管片上浮量,注浆材料的刚度比E1/E28从0.6提高到0.8时,管片上浮量降低37.99%,最大弯矩降低43.27%;结合实测土压力与计算值表明,基于黏弹塑性流变模型(shotcrete混凝土本构)的海底盾构隧道模拟方法,能较合理地预测管片外土压力主要区段的量值和衰减规律。研究成果可为管片结构设计提供更加合理的依据。     

基坑开挖对邻近既有盾构隧道的影响分析

为研究基坑开挖对既有盾构隧道产生的影响,以某已建地铁周边基坑工程为背景,通过数值模拟的方法对开挖过程中隧道的位移和膨胀变形进行研究,并与现场监测数据进行了对比分析。结果表明:基坑开挖时,两平行隧道中距离基坑较近隧道的位移变形量大于较远隧道的位移变形量; 同一隧道同一监测线上距离基坑越近隧道监测点位移总变形量越大,且隧道整体朝向基坑方向偏移; 同一隧道的同一竖向截面上不同点的位移不同,靠近基坑一侧监测点位移数值大于背向基坑侧的位移数值; 隧道在整体隆起变形趋势下,存在“竖鸭蛋”变形趋势; 纵向隆起位移量随监测点呈抛物线分布并向两边逐渐减小; 数值模拟结果与现场监测结果基本一致,验证了模拟的正确性; 研究成果可为因地铁周边新建建筑引起地铁变形可能发生的危害做出预警,并提出相应防治措施,为待建地铁隧道项目的安全设计和施工提供参考。     

盾构隧道邻域基坑施工下桩隔离效果研究

为研究隔离桩在基坑开挖卸荷-加载作用下对邻域既有地铁隧道的隔离保护效果,本文采用相似物理模型试验与数值模拟相结合的方法,分别对隔离桩的不同影响因素进行了研究。研究结果表明:在侧方中部基坑卸荷-加载作用过程中,管片发生斜向基坑内侧的移动,同时结构发生逆时针方向的扭转现象;管片初始土压力呈“葫芦形”分布,当基坑卸荷完成和加载完成后,管片左下方和右上方土压力增大,右下方和左上方土压力略微减小。施加隔离桩后,管片位移和自身扭转现象明显减弱,土压力减小但变化规律保持不变。当隔离桩在影响区以下稳定土体内具有一定长度时,适当增大桩间距和桩顶埋入深度仍可取得较好的隔离效果。     

近距离开挖基坑对下部盾构隧道的影响分析

利用三维数值计算方法,找出了基坑开挖过程中盾构隧道的变形规律,并提出了可采取的加固措施,通过运用时空效应原理,对基坑开挖的数值计算进行了分析,以减小基坑回弹量,确保盾构隧道结构的安全。     

注浆纠偏隧道水平位移的数值模拟

为研究影响注浆效果的影响因素,以天津市某基坑工程为背景,在既有隧道与基坑之间的场地开展原位注浆试验,同时利用大型有限元模拟软件PLAXIS模拟注浆过程,研究了注浆距离、注浆量、注浆深度、基坑开挖以及多孔同时注浆对注浆效果的影响。另外,对比分析了基坑周边有隧道和基坑周边无隧道2种情况下隧道与土体的变形规律。结果表明:采用注浆法控制隧道变形时,协调选择注浆量与注浆距离才能达到较高的注浆效率,注浆量应根据基坑开挖情况及隧道位移情况及时调整,同时后续需要在相同或相近位置进行重复注浆补偿隧道位移恢复值,才能使隧道变形得到整体控制; 当注浆范围顶部埋深与隧道轴线埋深相同时,隧道的水平位移恢复值最大,为注浆深度的确定提供了参考; 基坑开挖后注浆纠偏隧道位移的效果相较于无基坑情况时出现一定程度的削弱,并且注浆量越大,注浆效果削弱越明显; 根据注浆影响范围布置注浆孔,充分利用多孔注浆的叠加效应能够使隧道变形得到均匀控制。     

框架预应力锚杆支护结构中锚杆长度的研究

框架预应力锚杆支护结构是一种新型的深基坑柔性支护技术.文章阐述了其基本构成和特点,研究了锚杆长度的计算.结合工程实践,基于内部整体稳定性安全系数最小的原则分析了基坑坡角、锚杆锚固体直径、锚杆水平倾角以及锚杆间距等设计参数对锚杆长度和内部整体稳定性安全系数的影响,并给出了所有参数的取值范围,为框架预应力锚杆支护结构的发展应用提供了实践经验.     

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。     

地铁“先隧后站”车站基坑施工力学效应分析

为了解“先隧后站”法先期隧道施工产生的土体扰动对后期地铁车站基坑开挖的影响规律,以厦门地铁2号线高林站工程为依托,根据工程经验考虑4种地层损失率η,通过数值模拟先盾构隧道后明挖法扩建地铁车站基坑开挖过程,研究基坑开挖破除隧道前后基坑变形及围护墙内力变化规律。计算结果表明:地表沉降和墙体侧移及内力分布规律基本不变,但极值存在一定变化;对于地表沉降极值η为0.5%、1%和2%时的比无隧道时(η=0)分别增大15.8%、12.6%和10.7%;对于围护墙侧移,η从0.5%增至2%,极值增幅约4.1%;先期盾构隧道施工力学效应不利于后期基坑开挖。为克服这种不利效应,现场提出了一套基坑土方开挖及管片拆除的施工方案,实践表明采取的方案可靠,基坑安全稳定。     

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。     

车辆荷载及盾构施工对既有快速路基坑三维数值模拟

以杭富城际铁路盾构下穿既有快速路基坑为研究背景,利用PLAXIS 3D对地面车辆动荷载及盾构施工下穿既有快速路基坑进行三维数值模拟,分析对既有快速路基坑力学性状的影响.研究表明,车辆动荷载和盾构施工对既有基坑的影响主要体现在对周围土体的扰动上,盾构施工主要影响基坑底板,使基坑底部隆起变形,车辆荷载主要影响基坑上部,车辆...     

广州盾构电力隧道工作井围护结构施工数值分析

结合广州市220 kV航云输变电电力隧道工程盾构工作井施工实际,通过数值计算模拟了工作井开挖支护施工阶段,得出了以下结论:工作井基坑开挖具有明显的时空效应,基坑土体及围护结构变形是随着开挖深度的增加,逐渐加大;数值计算结果显示,基坑及围护结构整体处于安全可控范围之内,同时施工中应加强对关键部位的监控,采取必要的措施确保施工的安全;信息化施工是优化施工的一种重要技术手段。