基于能量法的双圆盾构施工引起管线沉降计算

引入隧道与开挖面的相对位置系数α,研究双圆盾构施工在不同工况下引起的深层土体沉降计算公式,以土体沉降计算公式为基础建立能量变分方程,得到双圆盾构施工引起地下管线沉降的计算方法。通过算例对比分析4种典型工况下管线沉降的分布规律,验证公式推导结果正确性,并进一步分析了管线埋深和土体损失率等因素对管线最大沉降的影响规律。研究结果表明:本文方法计算3种正常工况下的管线沉降曲线满足正态分布,旋转工况下管线沉降分布不均匀,最大沉降向下沉隧道侧偏移,另一侧的沉降量则相对较小;土体损失率对管线的沉降有较大影响,而管线埋深对管线沉降的影响则相对较小。     

双圆盾构隧道土体地表沉降特性

介绍了双圆盾构隧道这种新型隧道形式,与圆形盾构隧道相比,双圆盾构隧道具有占用地下空间小、施工效率高、掘削土量少等优点,但双圆盾构隧道引起的土体位移相对较大,影响范围也比较广。基于双圆盾构隧道的施工特点,通过计算圆形盾构的土体地表沉降,运用土体位移叠加法,研究了双圆盾构隧道引起的土体地表沉降的特性,建立了双圆盾构隧道直径、埋深和地层损失等因素与土体地表沉降的关系。结果表明:双圆盾构隧道的地表沉降槽的形态与圆形盾构隧道相似;双圆盾构隧道的地表沉降量大,影响范围广;双圆盾构隧道的地表沉降与埋深和直径之比有关。     

双圆盾构掘进中的地面沉降控制技术

采用双圆盾构施工地铁隧道是解决地下工程空间利用的有效途径。介绍了上海市轨道交通10号线3标同济大学站—大连路站—邮电新村站区间隧道采用双圆盾构施工的方案。重点叙述了引起地面沉降的原因及控制地面沉降的措施。通过工程实际,测得双圆盾构施工中累计的最大沉降量为49mm。     

双圆盾构隧道施工土体扰动特性及实测分析

以上海轨道交通6^#线双圆盾构区间隧道工程为背景，通过动态监测双圆盾构施工引起土体分层沉降、水平位移、孔隙水压变化、海鸥块背土挤土现象，总结归纳双圆盾构掘进土体扰动的基本规律，提出了双圆盾构施工土体扰动的区域性、时段性特征。     

盾构施工引起的地表沉降分析

通过对由盾构施工引起的地表沉降进行了深入研究,对某地铁隧道盾构施工过程的数值模拟和经验公式计算,分析了盾构推进过程中地表处土体的位移和变形以及沉降分布规律,得出数值模拟的地铁隧道横向地面沉降分布曲线与实际沉降非常接近.     

双圆盾构掘进施工过程中的地面沉降控制

通过双圆盾构在地下掘进施工过程中对周边土体沉降理论的分析，探索双圆盾构施工过程中对地面沉降实施有效控制的施工技术     

邻近管线的类矩形盾构隧道施工室内模型试验研究

关于盾构隧道施工引起管线变形和土层沉降的影响,相对于传统圆形盾构,类矩形盾构施工的研究较为少见,具有一定的新颖性。针对类矩形盾构隧道施工对邻近地下管线及土体沉降的影响,采用室内缩尺寸模型试验,考虑正常管线,非连续管线,非连续破损管线以及4种不同深度处的土体沉降的因素,分析砂土地层中,在管隧垂直工况下,类矩形盾构隧道开挖对地下管线变形及土体沉降的影响。试验结果表明:几种形式的地下管线沉降变形规律一致,均关于隧道轴线对称,呈"V"型分布;非连续管线最大沉降小于连续管线,管线两端在隧道宽度范围外的沉降大于连续管线;非连续管线弯矩变化趋势比连续管线缓和,最大正负弯矩值均小于连续管线;非连续破损管线在管线两侧负向弯矩变化较大;深层土体沉降符合高斯分布,土体最大沉降随土层埋深增加呈正比关系增大。     

类矩形盾构施工引起地下管线竖向位移计算方法研究

为研究类矩形盾构不同施工工况引起的土体沉降,基于随机介质理论推导得到不同工况下的深层土体沉降公式,建立能量变分法控制方程,得到4种典型工况下类矩形盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法。通过算例对比分析4种工况下管线竖向位移的分布规律,验证了结果的正确性,并分析了管线埋深、土质条件和管线材质对管线竖向位移的影响。研究结果表明:该研究方法计算所得管线的竖向位移呈现正态分布;旋转工况下管线竖向位移关于隧道中轴线呈不对称分布,管线竖向位移在盾构下沉侧比上浮侧变化快;土质条件和管线材质对管线的竖向位移有较大影响,管线埋深对管线竖向位移的影响则相对较小。     

软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟

针对软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移及其预测控制问题,采用FEM仿真模拟分析研究。结果表明：急曲线盾构隧道施工工程中,盾构进入及离开曲线段时土体施工扰动位移显著增大,与直线盾构隧道施工相比,曲线盾构尤其应注意扰动位移的变化特征;土体损失率对急曲线盾构隧道施工扰动位移影响显著,施工过程总体峰值位移与土体损失率呈幂指数非线性关系;隧道顶板土体沉降与注浆压力呈反比例线性关系,在合理范围内增大注浆压力对抑制隧道顶板沉降乃至上覆土体沉降有显著作用。     

双线盾构隧道施工沉降影响规律研究

以某地铁盾构项目为依托,基于正交试验设计方法针对三种不同影响因素(注浆量、掘进推力、注浆压力)制定三因素四水平正交试验方案,并利用有限差分方法研究不同施工方案条件下地面沉降规律,然后通过极差分析和方差分析方法获得了三因素组合的最优方案,最后通过非线性拟合方法构建了盾构掘进施工的地面沉降预测公式。结果表明：单线隧道掘进过程中,开挖面上端的土体发生沉降,开挖面下端的土体会发生隆起;单线隧道开挖完成时,隧道处地面沉降最大,向两侧随着距隧道距离的增大,地面沉降逐渐变小;右线隧道开始施工时,对已完成的左线隧道周围的土体再次产生扰动,增加了左线隧道的地面沉降;当双线隧道都开挖完成时,地面沉降在两隧道中心线处沉降最大,向左右两侧沉降逐渐减小;三种因素对地面沉降影响大小的顺序为掘进推力、注浆量、注浆压力。     

地面堆载作用下黏弹性地层盾构施工诱发土体响应时域解

目前针对软土地层盾构施工诱发周围土体变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,较少考虑黏弹性土体的流变特性,也较少考虑地表堆载给盾构隧道施工所带来的影响。从地基黏弹性角度出发,引入隧道洞周的椭圆化收敛变形模式,采用复变函数理论并运用Laplace变换技术,提出了地表堆载作用下盾构隧道开挖引起的周围土体位移和应力的时域解。依托相关工程监测数据与简化时域解对比,得到了较好的一致性。研究结果表明:所得出的时域解能较好地反映地表堆载作用下盾构隧道开挖对周围土体位移场的影响,以及地层变形随时间的发展趋势。在地表堆载影响下,随着时间推移,开挖引起的地层变形不断增加,沉降速率则呈现出逐渐衰弱直至为零规律,而堆载突变导致其地表沉降值尤其沉降速率变化显著。研究成果对黏性地层密集堆载群范围内的隧道施工控制具有一定理论指导意义。     

双线盾构施工对邻近建筑物影响的数值分析

 城市繁华地区盾构隧道施工常需从建筑下方地层穿越,如何确保上部建筑及隧道安全是施工中的难题。以武汉长江双线盾构隧道工程为例,利用有限元程序ABAQUS,对穿越武汉理工大学5层钢筋混凝土框架结构电教楼下方的隧道盾构掘进采用三维数值分析方法进行计算,模拟盾构掘进引起的地层变形和规律以及对隧道上部建筑物的影响。计算预测值与实测值较吻合,分析方法可用于分析和预测盾构掘进引起地层及隧道上部建筑物的变形。     

盾构隧道施工过程的有限元分析

盾构隧道开挖过程中周围土体应力重分布以及衬砌结构与土体相互作用,是盾构施工过程中地层扰动的内在原因,是有限元分析的关键因素,本文针对软土地区的特点,利用大型通用有限元软件ABAQUS对盾构隧道施工过程进行了有限元模拟,并通过一实际问题的计算表明本文所用的计算方法是有效可行的     

盾构法隧道施工引起的土体变形预测

 理论分析表明,不同土质条件下盾构法隧道施工引起的土体移动模型有区别。基于盾构法隧道统一土体移动模型,假定土体不排水,采用N. Loganathan等提出的研究方法,通过对Verriujt计算公式进行修正,推导得到盾构施工过程中由于土体损失引起的土体变形二维解,该方法适用于施工阶段。算例分析表明：所给出方法的计算结果与实测值较吻合,适用于从流塑～坚硬状态的所有黏性土。Loganathan公式只适用于流塑状态的黏性土,当土质较硬时,计算所得到的土体沉降要比实测值小;盾构施工引起的隧道上方土体沉降从地面向下呈非线性增大,在隧道顶部达到最大,离隧道越近,增长越快;隧道周围土体产生向隧道侧的水平位移,从地面向下逐渐增大,在略高于隧道轴线附近达到最大值,再逐渐减小直到0。离隧道越近,土体水平位移越大。     

砂卵石地层土压力平衡盾构施工开挖面稳定及邻近建筑物影响模型试验研究

盾构技术在砂卵石地层中应用越来越多,砂卵石地层具有很强的不确定性特征,盾构施工的关键问题之一是保持开挖面稳定性及减小地面沉降。利用土压平衡盾构模型,研究北京砂卵石地层中不同埋深时邻近建筑物影响下的开挖面稳定性及地表沉降规律。试验中,分析柔性基础邻近建筑物及埋深对开挖面极限支护力和地表沉降的影响,揭示开挖面稳定性、土拱效应与极限支护力及地表沉降的关系。在邻近建筑物影响下,砂卵石地层中的支护压力呈非对称分布,且砂卵石地层中盾构推进引起的沉降值大于基于Peck公式的计算值,研究成果对砂卵石地层中盾构施工有重要的指导意义。     

软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离穿越既有隧道的影响问题,比常规盾构施工的研究更为复杂。结合上海外滩通道盾构上穿越地铁 2 号线工程,采用离心模型试验与现场实测相结合的方法对盾构上穿越对周围地层及既有隧道的影响进行了研究。文中选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在国内首次实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程,并分析了盾构上穿越施工引起的地层、新建隧道与既有隧道的纵向位移变化规律。通过现场实测数据分析了既有隧道在盾构上穿越过程中纵向变形与时程曲线的变化规律。     

地铁盾构隧道下穿建筑基础诱发地层变形研究

城市繁华地区地铁盾构隧道施工常需从建筑基础下穿越,如何确保上部建筑与隧道结构安全是施工中的难题。基于沉降预测理论及FLAC3D进行了地铁施工诱发地层环境损伤评估与控制设计STEAD系统的开发,以广州地铁区间隧道下穿某7层框架结构建筑为例,采用数值模拟研究了地铁盾构隧道穿越建筑基础诱发地层变形的空间效应问题,考虑了不同工况下隧道施工引起地层沉降对该建筑物的影响,采用本研究建议,盾构隧道成功穿越该建筑物,实测证实了变形空间效应研究的科学性与有效性。     

地铁隧道下穿历史风貌建筑影响的实测与分析

两座历史风貌建筑物紧邻地铁车站,并且盾构在其下方穿越,需对建筑物的变形进行严格控制。对建筑物的保护,针对性提出地面袖阀管注浆加固、车站基坑盖挖逆作法、地连墙截断承压水、冻结、车站内水平注浆加固、优化盾构机掘进参数等施工方案及措施。通过对基坑开挖与降水、端头加固、盾构掘进等阶段的监测数据进行分析,研究了不同施工阶段对建筑物变形影响的规律及特点,实测结果表明：合理的盾构掘进参数能够将建筑物的沉降控制在较小范围内;冻结孔施工、地下水通过冻结区盾尾间隙进入刀盘前方等均可引起建筑物的显著沉降;建筑物基础与隧道之间存在淤泥质土层时,在淤泥质土层下方进行注浆不能对自重较大的建筑物进行有效抬升,但对自重较小建筑物的抬升则有一定的效果,但注浆在淤泥质土层中引起孔压的消散可导致建筑物在后期产生沉降;盾构机进入冻结体前应做好全断面注浆止水,切断前后水力联系,盾构机掘进困难时,不应随意增大盾构推力。     

基于地层损失的盾构隧道地面沉降控制

依据盾构推进各阶段特征,分析了盾构推进引发地面沉降的机理。基于地层损失,建立了盾构隧道地面沉降控制体系。该体系综合了土层特性和盾构隧道设计参数,通过设定地层损失率,利用经验公式对隧道纵横两个方向的地面沉降做出预测,基于沉降控制指标反算需要控制的地层损失率,用于控制沉降;利用数值模拟分析隧道施工过程,基于地面沉降三维曲面,分析地层损失及施工控制参数对地面沉降的影响。对比分析设定地层损失率计算结果与现场监测数据,建立地面沉降—地层损失率—施工参数之间的联系,通过施工参数控制实现地面沉降的控制。     

盾构隧道施工引起的地面变形计算方法研究

假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解,推导正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力引起的地面变形计算公式;提出土体损失引起的三维地面变形计算公式。将正面附加推力、摩擦力和土体损失引起的地面变形计算公式叠加,得到盾构施工引起的地面变形计算公式,该方法适用于施工阶段。算例分析表明,该方法的计算结果与实测值相当吻合。盾构施工引起的纵向地面变形曲线呈“S”形;隧道开挖面上方处轴线两侧的地面产生隆起现象;在正常施工时,盾壳与土体之间的摩擦力对地面变形的影响远大于正面附加推力。