土压平衡盾构施工引起的挤土效应研究

土压平衡盾构施工通常会对周围土体产生挤压作用,导致地面隆起和深层土体向远离隧道方向移动。考虑土体的初始应力场,假定土体是均匀线弹性材料,通过向掘进机周围土体施加向外侧的椭圆形径向位移来模拟盾构挤土过程,在假定小应变情况下,推导了半无限空间中土体位移场的近似解析解。考虑空间效应,给出了修正计算公式,并作了一个算例分析。分析结果表明:过大的支护压力、掘进机偏斜、掘进机与土体的摩阻力以及注浆压力都会引起挤土效应,产生的地面隆起最高点位于轴线两侧,挤土过程会减小施工结束时的沉降值和沉降槽宽度,且所得理论计算结果与实测数据较吻合。     

非饱和土体在开挖扰动和降雨入渗影响下的稳定性理论与应用

结合国家自然科学基金重点项目<受施工扰动影响的土体环境稳定理论与控制方法>,以基坑工程作为研究的工程背景,系统地研究了开挖扰动和降雨入渗对非饱和土工程性质和工程稳定性影响.将开挖扰动对土体的影响用应力路径的变化来反映,通过模拟应力路径变化的三轴试验,研究了开挖扰动对土的工程性质的影响,为了提示土样受开挖扰动后工程性质发生变异的原因,在电镜下观察了开挖扰动土样的微观结构,结合具体的基坑工程研究了开挖扰动对土体工程稳定性的影响.主要研究结论是1.开挖扰动对土体的强度参数有明显的影响,但对内磨擦角φ值的影响更为明显.2.电镜观察结论表明(1)原状土一般为架空结构或骨架结构,结构疏松,颗粒之间呈点结触或者接触程度较差,粘土矿物胶结,整个界面比较平稳,无明显折段或错动痕迹.(2)开挖扰动后土体的原始结构受到损伤,颗粒之间的胶结物(粘土矿物)发生不同程度的破裂、断开或错动,局部胶结差的地方,原来胶结在一起的颗粒被撕裂断开.(3)微观结构的损伤是导致土体强度降低的内因,造成这种损伤的关键因素就是基坑开挖后边坡土体内应力场的变化,电镜照片有助于从微观角度揭示受开挖扰动影响的土体强度降低的本质.3.针对具体工程的计算结果表明开挖扰动对边坡稳定性的影响幅度大约在10%左右,当边坡安全储备比较大时,开挖扰动的影响尚不至于造成边坡失稳,但是在边坡安全储备不大且在降雨等其他不利因素的共同作用下,开挖扰动的影响就不能忽略.依据非饱和土的强度理论和常规的边坡稳定性分析方法,建立了分析非饱和土边坡稳定性的计算模型和计算程序。非饱和土基质吸力与土体含水量有着密切的关系,降雨入渗是导致土体含水量发生变化的一个主要因素。现有的非饱和土工程设计理论主要沿用饱和土的理论,基本不考虑含水量的变化对工程稳定性的影响。论文运用非饱和土壤水分运动的基本理论,结合北京地区的降雨特征和地下水位特点,以含水量作为控制变量建立了降雨入渗的一维数学模型,在计算模型中通过变换上边界条件,考虑了降雨过程中土壤入渗能力的变化,采用有限差分法编制了计算程序,可以求解给定降雨条件的边坡土体瞬态含水量的数值解,根据试验确定的土-水特征曲线,计算了降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响,系统地讨论了降雨强度、持续时间、土壤初始含水量和土的渗透系数等参数与边坡稳定性的关系。     

土压平衡盾构掘进机刀盘扭矩模拟试验研究

通过对土压平衡盾构掘进机刀盘切削土体进行理论分析,建立数学模型,得出相应计算公式。介绍了模拟试验平台和针对两种不同形式刀盘的两次模拟试验,并针对φ1800mm模拟土压平衡盾构掘进机进行刀盘扭矩计算以及结合模拟试验进行研究。此外,还针对国内外多个土压平衡盾构掘进机工程计算其刀盘扭矩,并与现场数据进行对照分析,从而得出土压平衡盾构掘进机刀盘扭矩的计算公式。研究结果表明:根据理论分析和相应计算公式可以得出关于土压平衡盾构掘进机刀盘扭矩的精确结果,且与模拟试验相符,并能满足实际工程的要求。     

顶管施工引起的土体扰动理论分析及试验研究

近年来，顶管施工技术在中国得到迅速发展，并广泛应用于给排水管道工程，但顶管施工中土体的扰动机理及土体性状的变化有待深入研究与探讨。在前人的基础上，研究了顶管施工引起土体扰动的机理，提出了更加准确的土体扰动分区图。对某顶管工程进行了现场监测，内容包括地面变形、深层土体移动、孔隙水压力、土压力、地下水位以及顶管施工现场记录。测试结果表明土体扰动受土质条件、施工技术和现场控制程度的影响，其中现场控制程度(包括顶力、土压力、管线纠偏和注浆压力)的影响最大。土压力、孔隙水压力、地下水位、地面变形及深层土体移动的变化都跟掘进机与测试断面之间的距离有直接关系。当掘进机离测点还有一段距离(6～7m)时，土压力、孔隙水压力和地下水位上升达到峰值。地面隆起及深层土体移动则是在掘进机尾部离开测点时达到最大，随后总体上呈下降趋势。现场测试结果很好地验证了土体扰动理论。     

原状土结构损伤重塑后强度、变形和渗透性变化机理研究

就原状土结构损伤导致扰动土形成,经室内重塑制备成重塑土而产生的强度、变形及渗透性变化机理进行讨论与分析.     

长距离顶管土压平衡控制

在土压式顶管施工过程中,如何保持顸管掘进机与后背主顶油缸的动态平衡一直是困扰施工人员的技术难题。文章依托蓟运河过河顶管工程,从土压力计算、顶管参数设定以及顶管设备联动控制3个方面论述了在长距离顶管施工过程中如何实现土压平衡。     

扰动土-结构接触面抗剪强度特性试验研究

针对地下空间开发等原因引起的扰动土-结构接触面抗剪强度特性,制备了干密度、孔隙比、含水率和饱和度4类物理性质指标变化的扰动土样,在传统应变控制直剪仪上通过改进的试验方案,探究扰动土与粗糙、光滑和极光滑3类粗糙度接触面的抗剪强度变化规律。试验结果表明,对各类粗糙度接触面,抗剪强度及外摩擦角,均随含水率、孔隙比、饱和度的增大而非线性减小,而随干密度的增加而非线性增加,其中含水率在10%～15%或饱和度在40%～50%范围时改变显著。对于极光滑接触面,抗剪强度及外摩擦角受土的扰动影响微小,基本可以忽略。试验结果为扰动土-结构接触面抗剪强度规律和扰动土-结构相互作用的进一步研究提供了试验依据。     

打桩对周围黄土的扰动特性影响

在饱和软土小孔扩张理论的基础上，推导了非饱和土(甲≠O)的弹塑性解，主要包括弹性区、塑性区任一点的应力增量、塑性区边界上径向位移、塑性区半径及桩土间的挤压应力，分析了非饱和土层中沉桩挤土效应及扰动特性；通过模型试验，研究了打桩引起的侧向挤压应力变化，打桩对桩周土体的密实度与变形的影响等扰动特性，并划分了不同的扰动区域。     

上埋式涵洞顶部垂直土压力计算方法探讨

根据上埋式涵洞顶部垂直土压力的受力特点,涵洞上覆土体采用完全损伤土的应力应变关系--结构性粘土的弹塑性损伤模型,地基采用线弹性模型,利用力的变形协调条件和力的平衡条件对上埋式涵洞顶部土压力的计算方法进行探讨,提出了考虑土的应力损伤和扰动损伤的垂直土压力计算公式.结果可用于指导工程实践.     

软土地层盾构隧道浅埋施工对地层应力场的扰动影响

盾构隧道施工必将引起周围地层的应力场扰动。利用数值方法建立了盾构隧道动态开挖模型,依托厦门地铁区间隧道浅埋施工工程,分析了盾构开挖过程对软土地层应力场的扰动规律,并进一步研究了隧道埋深对扰动效果的影响。结果表明,盾构隧道开挖对隧道侧面水平土压力和上方竖向土压力影响显著,尤其是盾尾注浆的挤压作用使土压力大幅增加,而后伴随注浆压力消散逐渐降低至稳定状态;增大隧道埋深对侧面水平土压力变化规律影响不大,但上方竖向土压力变化量显著减小,即深埋情况下地层抵抗扰动影响的能力有所提高;距离开挖空间越近,地层应力场受盾构施工扰动影响越明显,主要影响范围集中在隧道周围1.0D区域,浅埋开挖时引起地层土压力变化率较大,因此应加强浅埋施工近距地层的稳定性。     

扰动对粉土触变强度恢复影响规律研究

土体的触变性是导致失稳事故和工后沉降的原因之一,研究其影响因素和变化规律对于减少工程灾害具有一定的实际意义。为了探究粉土的扰动程度对其触变特性的影响,以粉土为研究对象,采用室内振动试验模拟其受扰动过程,通过无侧限抗压试验反映其强度变化,分析土体的扰动程度与其触变强度恢复程度之间的关系。结果显示:在相同频率和速率下,振动时间越长,土体受扰动程度越大;在静置时间相同的情况下,粉土的绝对强度恢复程度与其扰动程度正相关,而其相对强度恢复程度与其扰动程度负相关。建立了土体扰动程度和强度恢复程度之间的相关关系公式,为深入研究粉土工程力学性质而提供一定依据。     

土压平衡盾构机参数化建模的基本方法

采用土压平衡盾构掘进机施工,具有机械化程度高、施工速度快、对地面建筑影响小的优点。已广泛应用于地铁隧道、城市给排水、过江隧道、铁路隧道的施工。文章介绍了土压平衡盾构机三维参数化建模方法,提出了装配、零件模型的层次化建模方法及策略。为提高土压平衡盾构机的设计效率、盾构机的系列化提供了强有力的支持。     

土结构性对预压软基稳定性影响分析

原状土一般都具有结构性,温州软土的结构性试验表明,其固结不排水强度线为折线型,受到扰动后不排水强度会明显降低,土结构性对软基的强度增长和不排水强度均有较大的影响.给出了考虑结构性影响的强度增长和稳定计算方法,分析了土结构性对软基稳定的影响程度,算例表明影响显著.     

土压平衡盾构机下穿建筑群沉降控制技术

土压平衡盾构机穿越建筑群需要在较少扰动土层的同时,有效控制建筑物沉降.以北京轨道交通17号线15标十里河站—朝阳港站为实例,分析探讨了土压平衡盾构机穿越群房基础时的地表沉降控制的相关施工技术.     

我国隧道盾构掘进机技术的发展历程（下）

土压平衡盾构掘进机的开发和应用 20世纪70年代以来,英国和日本分别开发了具有刀盘切削的密闭式的可平衡开挖面水土压力的两种新颖掘进机——泥水加压平衡盾构和土压平衡盾构,使盾构掘进技术发生了一次新的飞跃。1975年,日本隧道业兴起了泥水加压盾构热,1978年起,土压盾构也得到广泛的应用。     

土压平衡盾构法施工

我国的盾构掘进机制造和应用始于1963年,当时,上海隧道工程公司研制了1台直径4．2m的手掘式盾构机进行浅埋和深埋隧道掘进试验,隧道掘进长度68m。盾构以对土体支护开挖方法不同分为：①泥水式盾构和泥水加压平衡盾构;②土压平衡式盾构。土压平衡式盾构较常用,本文中仅对土压平衡盾构法施工中存在的土压平衡、曲线掘进问题进行探讨。     

矩形隧道掘进机新型防背土装置的研究与应用

针对矩形隧道掘进机施工过程中容易产生背土的现象,研制了可以减弱矩形隧道掘进机壳体上部背土的新型防背土装置。其原理是通过驱动防背土板在掘进机上部进行前后移动,以减弱背土与掘进机壳体之间的黏结力,最终减轻直至消除掘进机上部的背土问题。经实践,整个防背土装置具有效果明显、适应性强和操作简便的特点。     

无粘性土三轴试验初探

对三轴试验的影响因素进行了初步探讨,并对现行无粘性土扰动样的制备、饱和方法进行分析总结。     

灵敏性粉土的压缩及触变特性研究

山西汾河一级阶地的饱和粉土大多具有灵敏性,使得其强度和变形性质在扰动前后差别很大.为了研究灵敏性粉土的压缩及触变特性,对探井取样的原状土和重塑土样进行了一维固结压缩试验和无侧限抗压强度试验.试验结果表明,原状土加载到结构屈服应力处,沉降量突增,固结系数突增,主固结比突降,次固结对沉降的贡献开始上升;原状土与重塑土的差异...     

适应复杂地质的盾构和掘进机技术及其工程应用

随着液压、电气、控制、测量导向、材料及加工工艺等技术的进步 ,以及人们在工程实际中经验的积累 ,盾构和掘进机技术在过去的几十年中获得了快速的发展 ,对复杂地质的适应性有了很大的提高。这些复杂地质条件比如高水压在隧洞开挖段内地质分布极不均匀 ,如既有适于用土压平衡盾构的地层 ,也有适于用泥水式盾构的地层 ,或既有软土又有硬岩的情况。本文对海瑞克公司针对较复杂地质所开发制造的盾构和掘进机及工程应用进行了介绍 ,这些例子也反映了盾构和掘进机的新技术和目前发展情况。1　工程实例1 1　德国汉堡易北河第四隧道工程易北河第四…