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。     

软土隧道盾构法施工引起的纵向地面变形预测

假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解,推导了正面附加推力和盾壳与土体之间的摩擦力引起的纵向地面变形计算公式,结合土体损失引起的地面变形计算公式,得到盾构施工引起的总的纵向地面变形计算公式,该方法适用于施工阶段。与两个工程实例进行了对比,本文方法计算得到的结果与实测数据较吻合。算例分析表明,正面附加推力引起开挖面前方地面隆起,后方地面沉降,以开挖面为轴线呈反对称分布,在正常施工时产生的地面变形较小;盾壳与土体之间的摩擦力引起的地面变形较大,分布规律与正面附加推力相似,但轴线位于盾构中间部位;土质参数对地面变形影响较大。     

盾构施工过程中的土体变形研究

 基于盾构施工过程,利用弹性力学Mindlin解,通过坐标变换经积分推导刀盘与土体之间摩擦力所引起的地面变形计算公式,并得到盾构施工引起的总地面变形计算公式。结合杭州地铁一号线工程中具有代表性的粉砂土层,分析盾构与土体的复杂相互作用,并对盾构与土体相互作用引起的土体变形特征进行计算。通过计算发现,盾构施工中盾壳摩擦和正面推力是盾构推力设置的主要因素,而刀盘与土体摩擦是刀盘扭矩设置的主要因素,盾构前方土体隆起主要由盾壳摩擦引起,刀盘摩擦作用主要引起地表沉降的非对称分布,地表沉降主要由盾尾空隙产生。通过实例计算并与实测结果对比发现,使用盾构变形计算公式适用范围在盾构机头前后±2L距离处,对指导实际盾构施工具有重要意义。     

顶管施工引起的地面变形分析

顶管施工会对管道周围的土体产生扰动 ,引起土体移动。文中对顶管施工引起的地面变形机理、变形的原因等进行了分析 ,结合工程实例 ,对地面变形的规律进行了探讨 ,实例中地面最大隆起达到 12 8.2mm ,顶管施工引起的地面变形总体上是先隆起后沉降。     

顶管施工引起的地面变形计算方法综述

顶管施工会对管道周围的土体产生扰动,引起土体移动。分析了顶管施工引起的地面变形机理,对顶管施工引起的地面变形计算方法的发展概况及研究进展进行了综述,把地面变形计算方法归纳为经验法、理论法、数值法和实测数据分析法,提出了目前该领域研究中需要重点研究的课题和一些新的研究思路。     

矩形顶管施工引起土体分层变形计算方法研究

随着矩形顶管在大城市地下通道建设中的广泛应用,建立矩形顶管施工引起周围地层变形的计算预测模型已成为当前顶管施工必须加以重视的问题。矩形顶管施工引起周围土体变形的主导因素为摩擦力、开挖面附加应力、土体损失,理论分析必须考虑这几个主导因素。针对以上主导因素,提出考虑三者共同作用下的矩形顶管施工地层位移计算方法。用Mindlin位移解对应力作用面积分析顶进过程中开挖面附加应力及摩擦力引起的地层变形;以随机介质理论分析建筑缝隙引起的土体损失产生的地层变形。考虑到各影响因素的相对独立性,将各因素引起的地层变形叠加,从而得到主导因素影响下的地层变形预测模型。通过理论计算,开挖面附加应力、摩擦力主导隆起区地层变形,土体损失主导沉降区地层变形,地层埋深越大此现象越明显。将理论计算值与实测结果对比,两者在变化趋势及变化量上趋于吻合,因此,所提公式可作为类似工程工前地层变形预测计算公式。     

顶管施工引起土体变形机理分析

从顶管施工的整个施工工艺过程出发,详细分析了顶管施工引起地面沉降的变形机理,找出引起地面变形的相关因素,并指出顶管施工对土体扰动最大的位置应在开挖工作面及以后的位置。     

顶管施工引起邻近地下管线附加荷载的分析

利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管掘进机与土体之间的摩擦力和后续管道与土体之间的摩擦力引起的土体附加应力计算公式。假定土体为Winkler模型,推导得到土体损失引起的垂直向土体附加应力计算公式。研究了顶管施工在邻近垂直交叉地下管线上引起的附加荷载分布规律。研究结果表明：附加荷载的变化规律与地下管线和掘进机的相对位置密切相关,是一个三维问题;随着地下管线与顶管之间距离的减小,附加荷载急剧增大;在正常施工时,竖直方向引起的附加荷载值最大,顶进方向其次,垂直于管壁方向最小。     

矩形顶管隧道施工引起地面变形的控制措施

针对矩形顶管隧道施工引起的地面变形问题,分析了地面变形的破坏形式,并着重研究了施工引起地面变形的控制措施,研究结果可为同类工程的施工提供依据。     

平行顶管施工引起的地面变形实测分析

对海相沉积的欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析,提出地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法。研究结果表明,水平平行顶管施工时中间区域受到双重扰动,产生的地面沉降较大。由于先建顶管施工对周围土体产生的扰动会使后建顶管施工时产生的扰动加剧,在同样条件下,后建顶管引起的最大地面沉降值与沉降槽宽度都要大于先建顶管。平行顶管施工产生的地面沉降主要由土体损失、受扰动土体再固结和次固结引起,土体受扰动后产生的超孔隙水压力是导致工后沉降的原因,在欠固结土中工后沉降与时间基本成对数关系。     

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。     

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。     

两平行近距顶管施工开挖数值模拟分析

顶管工艺由于其自身的特点,在我国有着广泛的应用领域,其对周边环境的影响一直是工程界关注的重点之一。本文以某近距平行顶管通道工程为背景,采用三维有限元建模分析了两条顶管先后顶进施工对地层变形的影响规律,所得结论可为实际施工参数及施工工艺的调整提供理论指导。     

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。     

矩形顶管施工期地表沉降实测分析

矩形顶管技术作为一种地下隧道开挖方法,其施工过程不可避免地会对管节周围土体产生扰动,使土体出现卸载或加载等复杂的力学行为,引发土体产生变形。文中以南京江东门地下人行过街通道工程为背景,在矩形顶管施工区域地表布设若干沉降测点,并在顶管顶进过程中实时记录测点数据,然后对获取的数据进行了归纳分析,得到了矩形顶管施工对地表沉降的影响规律。     

地铁车站浅埋暗挖法施工引起地表沉降规律研究

通过大量现场监控量测数据的统计分析,研究北京地区黏性土与砂性土互层的特定地质条件下,地铁车站浅埋暗挖法施工引起地表沉降的一般规律。分析结果表明:约占69.8%的暗挖地铁车站,地表沉降值小于60 mm,大于相应沉降值的累计发生频率曲线符合正态分布。地表沉降槽宽度参数的取值范围与施工方法密切相关,对洞桩法而言,该值为0.61～0.82;而对中洞法而言,该值则为0.40～0.65。不同施工方法引起的地层损失率也有差异,对洞桩法而言,该值为0.39%～1.41%,均值为0.93%;而对中洞法而言,该值为0.49%～1.03%,均值为0.69%。所得结论可用于初步判断车站施工引起的最大地表沉降,并可为地铁车站施工环境影响(包括桥桩、建筑和管线等)预测提供依据。