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.     

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。     

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。     

含空洞砂卵石地层盾构隧道引起地面沉降研究

砂卵石地层普遍存在地下空洞，在该区域进行盾构隧道施工容易扰动砂卵石地层，若含有空洞则可能会引发空洞塌陷破坏，造成较大的地面沉降。基于离散元软件Yade，建立含空洞砂卵石地层单线盾构隧道施工模型，研究单空洞位置、单空洞直径、多空洞的组合形式对地面沉降的影响，得到空洞对盾构隧道施工引起的地面沉降的影响规律。研究结果表明，含空洞地层中，当空洞位于隧道正上方引起的地面沉降最大，而空洞位于隧道正侧方引起的地面沉降最小；无论空洞处于哪种位置，空洞直径越大，引起的地面沉降越大；空洞位于隧道正上方或者正侧方时，地面沉降值与空洞直径呈现近似二次函数关系，空洞在隧道斜上方时，在某些区间内地面沉降值与空洞直径呈现线性关系；空洞数量越多，引起的地面沉降越大。两空洞工况下，空洞分别位于隧道正上方与斜上方时引起的地面沉降最大。三空洞工况下，空洞分别位于正上方、正侧方、正侧方时引起的地面沉降最大。     

干砂地层中盾构开挖面失稳模式及土拱效应试验研究

盾构开挖面的稳定直接关系到盾构施工的安全,而国内外关于开挖面失稳模式的大型模型试验研究却很少。利用直径1m的盾构模型,对干砂地层中盾构开挖面稳定性问题进行了研究。通过对开挖面前方土体应力状态变化的监测,从土体应力变化的角度,揭示了随着土拱的形成、发挥和发展过程,开挖面经历了局部失稳和整体失稳这样一个渐进破坏的模式。将试验结果和楔体模型计算结果进行对比,对计算模型参数的选取提出了建议。     

无水砂卵石地层盾构施工

为降低刀具磨损、尽量减少开仓换刀,无水砂卵石地层盾构施工时,应优先选用不安装滚刀的大开口率刀盘和卵石输出能力强的无轴螺旋,大卵石含量高的地层还应考虑加装大稠度的膨润土液注入系统。宜保持低土压掘进,控制土体改良材料添加量,使卵石能随砂子经螺旋输送机排出。做好同步注浆、盾构配件等环节管理,以保持均衡连续施工。     

干砂盾构开挖面稳定性模型试验研究

盾构技术在地下空间开发中得到广泛应用,保持开挖面稳定性是盾构施工的关键,但这方面的大尺寸模型试验研究一直很少。利用直径1 m的盾构模型,研究了干砂地层中不同埋深比(C/D=0.5,1.0,2.0)下盾构开挖面稳定性问题。试验中分析了埋深比对开挖面极限支护力及地表沉降的影响,揭示了开挖面稳定性与极限支护力及地表沉降的关系,提出同时监测控制开挖面土舱压力及地表沉降的重要性,并给出关键控制键参数。对确定开挖面极限支护压力有重要的指导意义。     

砂卵石地层土压盾构开挖面动态平衡机理研究

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,土体内摩擦角大、塑流性差、含水量高且渗透系数大,土压盾构在此地层条件下掘进所受到的不利影响主要有:刀盘及螺旋输送机磨损严重、排土困难及开挖面土压平衡不易保持.以成都市地铁一号线为背景,采用真三轴实验手段,探究了加泥式土压盾构及欠压掘进模式的开挖面动态平衡机理.结果表明:(1)采用加泥式土压盾构施工,提高了砂卵石地层土体塑流性及保水性,可加快螺旋出土器排土,减少刀盘扭矩、千斤项推力及刀头磨损,此外,由于产生泥膜效果,保持并在一定程度上提高了土体强度,有效控制了变形的发展;(2)土压盾构掘进中的欠土压模式,可缓解土舱压力过大,使滚刀处于相对独立的状态,有利于提高刀盘的工作效能,此外,该模式在一定应力水平下对土体强度的影响较小,但是要注意控制侧向变形的发展,盾构掘进中应利用盾构本体正面挡板来保持地层的稳定.     

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。     

浅谈富水砂卵石地层盾构穿越建构筑物技术

对富水砂卵石地层盾构下穿建筑物施工进行了总结。位于成都市高新区的成都地铁8号线殷家林站～高朋大道站盾构区间,沿线建筑物众多,卵石大且含量高、地下水水位高、本标段在盾构施工技术管理上有很多创新,保证了盾构安全顺利穿越建筑物群。     

砂卵石地层圆形隧道施工引起的土体移动特征

采用室内模型试验研究了不同地层损失率下的地表沉降及地中位移分布,揭示了砂卵石地层圆形隧道施工地层损失引起的土体移动特性及传播机制。试验结果表明:不同地层损失下地表沉降槽同样具有高斯分布函数形态特征,距隧道中心线1D范围为地层沉降的主要区域,该区域沉降受地层损失的影响最大;水平位移量值较大,最大水平位移出现在隧道左侧拱肩斜向上至地表的区域;地层颗粒的移动方向总体指向地层损失产生区域,同时受地层损失的大小、形态及分布特征等因素的影响;地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而缓慢增大。研究表明,不同地层损失下土体的松动、塌落及重新固结是砂卵石地层位移的主要原因,由于地层损失导致砂卵石地层物性参数的改变和颗粒在水平方向的移动和填充作用,使得地表及地中沉降槽宽度系数随地层损失率的增大而改变。     

富水砂卵石地层联络通道施工技术

盾构区间的联络通道一般采用矿山法修筑,不同地区不同地层应采用不同的辅助工法,以成都地铁盾构区间的联络通道为例,详细介绍了工程及地层特点,阐述富水砂卵石地层施工降水、大管棚施工、暗挖法开挖以及结构混凝土的组织运输和浇筑的施工技术。     

隧道盾构法施工开挖面稳定性研究方法评析

随着隧道技术的发展,盾构隧道成为城市地下工程施工的主要施工方法,而盾构在推进过程中开挖面稳定性的研究未能引起关注,本文就开挖面稳定性的研究方法作出评析与比较,从而更好地指导开挖面稳定性的研究工作。     

砂卵石地层盾构施工渣土改良试验和数值模拟分析

针对城市地铁盾构施工在穿越富水砂卵石地层时所表现出的非适应性问题,设计开展了不同含石量砂卵石和膨润土泥浆注入率下的渣土改良试验.试验结果表明:膨润土与水的最佳土水质量比为1:10,最佳膨化时间为20h;通过抗剪、坍落度和渗透试验,确定了20％、40％、60％和80％含石量砂卵石膨润土泥浆的最佳注入率,并将试验结果应用于...     

深圳地铁2号线盾构过富水砂层流-固耦合模拟计算

运用FLAC3D三维非线性有限差分程序,对盾构通过深圳地铁2号线富水砂层地段进行流-固耦合数值模拟计算,得出了盾构推进过程中地表沉降与孔隙水压力的变化规律,计算方法和得出的结论可供类似隧道工程参考。     

富水砂层土压平衡盾构关键施工技术

沈阳地铁二号线会展中心站一世纪广场站隧道盾构区间穿越中粗砂、砾砂层,砂性土层内摩擦角大,碴土流动性差,排土困难,地下水量丰富、水压高,因此盾构掘进控制困难,容易造成地表沉降.从土压平衡盾构的适应性、刀盘和螺旋输送机的结构、刀具的配置和加固、碴土改良措施、沉降控制方法等方面介绍土压平衡盾构穿越砂层的施工技术.在施工过程中,通过采取同步注浆、二次注浆、加强施工监测等措施保证了既有线行车安全.     

沈阳富水砂卵石地层泥水盾构适应性研究

在砂卵石地层中地铁盾构掘进普遍面临着盾构载荷过大、刀盘刀具磨损严重、开挖面易失稳以及掘进速度缓慢等实际施工问题。为提高盾构在此类地层中的适应性,应选择合适的盾构类型,合理配置盾构设备并使施工参数之间有较好的匹配性,以保障盾构施工顺利高效进行。以沈阳地铁10号线11标砂卵石地层盾构区间为依托,通过对泥水盾构在此类地层掘进的适应性问题进行分析总结,提出了针对性的掘进参数匹配方案、泥浆配比建议以及刀盘刀具配置要求。相关结论可为今后类似地层条件下的泥水盾构施工提供较为全面的参考。     

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。