盾构隧道施工阶段管片上浮的力学分析

 盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现管片错台、整体上浮等现象。对盾构隧道施工阶段管片注浆段进行受力分析,考虑静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机制,提出上浮阶段的衬砌环受力模型及计算公式。针对盾构隧道衬砌环在正常设计状态与上浮状态下的受力不同,采用修正惯用法衬砌设计理论分别对其进行内力计算,并将计算结果进行对比分析。结果表明：上浮状态下管片的弯矩值、剪力值和轴力值分别比正常设计状态下的管片内力增加64%,51%和46%,表明隧道上浮对管片受力不利。其中施工阶段动态上浮力对管片的受力影响非常大,超过静态上浮力,必须对其进行合理控制,防止压裂管片。     

浅埋暗挖隧道地面沉降槽宽度系数取值的研究

浅埋暗挖法隧道施工引起的沉降槽宽度系数ｉ值与隧道的半径Ｒ、隧道的埋深ｚ 和土质有 关．采用Ａｔｔｗｅｌｌ分析公式,通过有限元数值模拟得到不同埋深ｚ下的ｉ值,从而求解出公式中的待 定系数Ｋ 与Ｎ,得出新的ｉ值计算公式．在进行待定系数求解时,发现ｌｎｉ与ｌｎｚ的关系存在线性分 段性,对ｉ值的公式进行了分段讨论,结论如下：隧道埋深较浅时,半径Ｒ 变化对ｉ 值影响大,对应 ｚ／Ｄ 为１．２４～１．８０时,Ｋ＝１．７３,Ｎ＝０．１７,ｉ／Ｒ＝１．７３×［ｚ／（２Ｒ）］０．１７;隧道埋深较深时,埋深ｚ变 化对ｉ值影响大,对应ｚ／Ｄ 为１．８０～３．２８时,Ｋ＝１．３５,Ｎ＝０．５５,ｉ／Ｒ＝１．３５×［ｚ／（２Ｒ）］０．５５．通过 实测数据分析并与前人公式对比,结果表明上述公式在杭州软土地区浅埋隧道沉降槽宽度系数的 取值更加精确．     

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。     

砂质粉土地区盾构施工引起的地面沉降研究

杭州地铁2号线某盾构区间土质主要为砂质粉土,盾构施工过程中出现了地面日沉降速率连续报警和地面沉降量过大问题.对地面沉降实测数据进行了统计分析与理论研究.结果表明:由于该地区以砂质粉土为主,渗透系数较大,导致固结沉降在盾尾通过后1周内完成;地面沉降在盾尾通过后迅速稳定,变化时间非常短(总共3～4 d);由于工后固结沉降完成时间很短,一旦施工沉降较大,就容易造成日沉降速率和地面沉降量超标;引起的固结沉降量总体较小,平均值为9.7 mm,但最大地面沉降值的分布范围很广,表明盾构施工水平对地面沉降的影响非常大.     

泥水盾构开挖面前泥浆渗透距离预测算法

为了计算泥水盾构开挖面前泥浆渗透地层的距离,基于泥浆渗透不伴生泥膜的假设,提出改进模型来分析不同泥浆的渗透距离. 结果表明：在泥浆渗透时间小于20 s的情况下,与Xu模型相比,改进模型的最大精度提高6%,且无须泥浆渗透试验. 在不考虑泥膜的情况下,纯膨润土泥浆的最大渗透距离为5.8~6.3 m;添加高分子材料的膨润土泥浆最大渗透距离为0.3~1.6 m,是纯膨润土泥浆的5%~25%;羧甲基纤维素钠对泥浆的改性效果最好. 微透水泥膜的形成时间为3.2~5.0 s. 考虑泥浆渗透伴生泥膜的情况,得到改进模型的修正系数为0.72~0.92. 预测常用的泥浆渗透距离,当盾构刀盘切削周期为10 s时,泥浆渗透距离为2.3~6.3 cm,最大的渗透距离是一般盾构直径（6 m）的1.05%.     

顶管施工中顶力计算公式的探讨

通过收集和筛选现有的顶力计算公式,得到17种顶力计算公式,将其分为经验公式和理论公式两大类,统一了公式符号.针对10种顶管施工中经常遇到的土质条件,采用以上公式预测顶力值,并进行比较.结果表明:从顶力预测值的接近程度可以把计算公式分为4类,其中有两类共计11个公式满足钢筋混凝土管的极限顶力要求.     

盾构穿越引起的既有盾构隧道纵向变形研究

研究既有隧道在新建隧道穿越时产生的响应,提出一种能准确预测既有隧道位移的计算方法。采用目前国内较为先进的转动错台模型,在考虑施工因素的附加荷载作用下,运用最小势能原理对既有盾构隧道在新建隧道穿越时的结构变形进行了分析预测。并分别选取了3个工程实例对新建隧道在不同穿越工况下本文方法的预测准确性进行了验证。研究结果表明:本文方法计算值与实测值较为吻合,能计算出既有隧道的竖向位移、环间的错台量、转角和剪切力,进而判断既有隧道结构的安全状态;既有隧道发生沉降时管片以错台变形为主,转动变形占比较小(约30%)。     

考虑纵向变形影响的基坑下方盾构隧道横向受力变化研究EI北大核心CSCD

针对基坑开挖引起下方盾构隧道围压变化的机制进行分析,提出一种能考虑纵向变形影响的盾构隧道横向附加围压变化模型。建立盾构隧道管片环的有限元简化模型,进行结构计算分析。以基坑上跨杭州地铁1号线盾构隧道为例,将隧道水平收敛计算值与实测数据进行对比,验证了计算方法的可靠性。研究基坑下方盾构隧道的围压变化、衬砌内力以及纵横向受力关系,并对基坑空间开挖尺寸进行影响因素分析。研究结果表明:计算得到的隧道水平收敛变形值及其沿隧道纵向的分布规律与实测值基本吻合;基坑开挖引起的围压卸载效应主要作用于下方隧道衬砌的拱顶和拱底附近,并受纵向变形过程中环间作用力的影响;基坑开挖导致下方盾构隧道衬砌弯矩分布反转,拱腰处的轴力也显著减小;三维卸载比V3D可以较好地反映基坑空间开挖尺寸对下方盾构隧道的影响。     

土压平衡盾构掘进参数对地面隆起影响的研究

对杭州地铁1号线和2号线地面隆起实测数据进行统计分析,研究盾构机推进过程中地面隆起量和日隆起量的分布规律.假设盾构机掘进过程中,每日掘进范围为当日隆起量影响区.以影响区为基础,结合盾构机掘进参数,研究刀盘未到达测点时,盾构机某影响区环推力、环土舱压力、环推进速度、环土舱内外压力差与地面日隆起量之间的相关关系.分析结果表明:杭州地铁盾构施工产生地面隆起的概率较大,土质条件越好、越容易引起地面隆起;盾构掘进参数中最大环总推力对地面日隆起量影响最大,其次为环最小推进速度和环平均推进速度.     

砂桩在矿石堆场软基处理中的应用

对宁波北仑矿石堆场地基采用砂桩加固处理后的人工复合地基，进行了原位静力能控试验和现场静载荷试验，并对试验数据进行了分析。