粉性土中土压平衡盾构施工的扰动影响

结合上海轨道交通明珠线二期工程“溧阳路站—临平路站”区间盾构推进工程,进行静力触探试验、超孔隙水压力测量以及地面沉降的量测.从上述不同角度,分析了EBP(土压平衡)盾构在粉性土中推进对土体扰动、变形的影响,研究了受影响区域土体静力触探强度、超孔隙水压力随着时间的变化趋势及随之表现出来的地面变形趋势,得出了超孔隙水压力发展的规律及经验公式,并总结分析了三者之间的相互关系.为今后盾构施工扰动的分析及控制提供有益的参考.     

盾构穿越既有铁路的地表沉降分析

以天津地铁3号线铁东路站～北站盾构区间隧道为背景,通过现场实测和数值模拟的方法,对盾构施工穿越既有铁路引起的地表沉降规律进行了研究。现场实测数据表明:沿隧道轴线方向不同位置的地表位移变化较大,对于双线隧道施工,后建隧道对先建隧道的土体扰动影响较大。结合现场监测数据及各项施工参数设置,采用ANSYS有限元分析软件对隧道下穿既有铁路的施工过程进行了数值模拟。在此基础上,通过模拟与实测数据的对比分析,总结了盾构隧道施工引起的既有铁路纵向和横向地表沉降规律,为类似工程的设计和施工提供参考依据。     

盾构施工对地表及建筑物沉降影响分析

当盾构隧道下穿城市建筑物时,因隧道周边土体与建筑物间存在相互作用效应,盾构施工诱发的地面沉降必然与其穿越无建筑物的自由地层有所不同.为此,通过大型通用有限元软件ANSYS对无锡地铁1号线盾构区间部分风险点建立了三维有限元模型进行数值分析,并将计算结果和现场实测数据对比,揭示了盾构施工扰动对地层位移场以及建筑物隆沉的影响规律.     

隧道工程基于实测环境变形的土体参数确定方法

结合有限元数值模拟,以盾构隧道施工过程中环境变形的实测数据为基础,通过引入AMALGAM作为遗传算法,依据Pareto最优理论为评价标准,采用均方根误差进行误差校准,提出了一种基于实测数据得到准确土体参数的方法.针对上海市长江西路越江隧道工程试验段的工程案例,以周围土体侧移和隧道上方地面沉降为目标,以关键土层参数为分析对象进行多目标反分析,并对最优解和实测结果进行验证比较,结果证明多目标反分析精确度优于单目标反分析,并且更接近实际工况.应用基于实测环境变形确定的土体参数分析预测盾构施工对临近桩基础的影响,与测试结果的比较验证了计算方法和参数的可靠性,为隧道工程的环境影响分析提供参考.     

黄泛区盾构下穿高铁沉降分析及施工参数控制

为研究盾构下穿施工影响下的既有高铁线路的沉降规律及控制沉降的盾构施工参数,结合黄泛区富水粉砂层地质条件下淮安地铁1号线淮安东站—盾构工作井区间土压平衡(EPB)盾构隧道下穿连镇高铁线路的施工参数和现场实测资料,分析盾构下穿施工中高铁路基及站台沉降的变化规律,探究盾构施工参数与地表沉降的关系。结果表明:站台区域的沉降槽呈V形,以隧道为轴线左右对称,左、右宽度均约为15 m;路基区域的沉降槽深、宽均较大于站台区域的沉降槽。穿越富水粉砂土为主的地层时,盾构通过测点期间的沉降量约占总沉降量的54%,盾尾过断面20 m后,沉降趋于稳定。对盾构施工参数的调控可有效控制因盾构下穿施工引起的地面沉降,在类似富水粉砂层地质条件和隧道埋深的情况下,本工程选用的施工参数可作为参考。     

隧道施工引起上覆土层变形规律研究

针对Peck公式在预测隧道施工引起地面沉降中不能考虑上覆土体体积变化的局限性,根据随机介质理论,建立了基于扩散传播方程可以考虑上覆土体体积变化的土体变形计算模型,以地面沉降分布为其边界条件,求得隧道上覆土层变形的计算表达式。在此基础上,利用典型工程案例实测数据拟合反分析了模型参数。计算结果分析表明:考虑隧道施工引起土体体积变化的计算模式更符合实际情况,并总结了模型计算参数的取值与土体性质的关系,为隧道施工引起上覆土层变形的预测提供了一条合理的途径。     

类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解,考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响,推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式,将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型,对比本文计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高,验证了本文计算方法的正确性;随着类矩形盾构隧道掘进,邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大,在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定;邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小,沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

双圆盾构施工土体沉降有限元数值模拟

依托于上海轨道交通M6线9标双圆盾构区间隧道工程,对双圆盾构隧道施工力学行为进行了三维有限元数值模拟.计算中考虑了隧道开挖、管片拼装、盾尾注浆、浆液固结等主要施工步骤,分析了双圆盾构施工土体深层沉降特征,土体沉降的量值与范围,并与监测结果对比,进一步揭示了双圆盾构掘进环境土工影响特征.可为异形盾构在我国的开发应用提供参考.     

基于流固耦合两相介质动力模型的水下隧道结构地震反应研究

基于ABAQUS有限元软件平台,应用流固耦合两相介质动力模型孔压单元模拟场地饱和土体,进行了水下饱和土体场地上隧道结构地震反应的计算研究.计算结果表明:对于饱和土体场地上的单洞隧道,在地震动输入结束后,隧道底部附近区域土体的孔隙水压力值最大,此时隧道两侧土体的孔隙水压力呈现对称分布;对于饱和土体场地上的双洞隧道,在地震动输入结束后,两隧道之间区域土体的孔压为正值,而隧道下方区域土体的孔压为负值;左右两侧隧道的应力呈对称分布.计算工作同时表明了流固耦合两相介质动力模型孔压单元在饱和土体—地下结构体系地震反应研究中的有效性.     

顶管上穿施工对既有地铁隧道的影响

以杭州市某污水管道顶管施工上穿既有地铁隧道为背景,利用FLAC3D模拟顶管施工过程,将模拟结果与实测数据进行对比,验证了模型的合理性.通过改变顶管管径、管材及地铁隧道周围土体的特性,分析了不同工况下顶管上穿施工对既有地铁隧道的位移影响.研究结果表明,顶管上穿施工对既有地铁隧道所产生的最大位量均位移于顶管轴线下方的地铁截面处,离顶管轴线越远,变形越小;地铁盾构隧道的变形随顶管的管径的增大而增大,而且对竖直方向位移的影响远大于对水平方向位移的影响;管材的弹性模量越小,地铁隧道的变形越大;地铁隧道周围土体弹性模量越小,顶管施工对隧道位移的影响越大.     

基于统一解的重叠盾构隧道施工引起土体变形研究

基于盾构法隧道统一土体移动模型解,通过分别计算上线、下线隧道引起的土体变形再进一步叠加的方法,建立重叠盾构施工引起的土体沉降和深层土体水平位移计算公式.将本文方法所得计算结果与实测结果、有限元模拟结果进行对比,并对深层土体水平位移变化规律进行研究.研究结果表明:本文方法所得计算结果与实测结果、有限元模拟结果比较吻合,验...     

基坑开挖降水的三维流-固耦合分析

简要介绍了FLAC3D分析流-固耦合问题的模型特性和基本理论。建立基坑开挖模型,将基坑分步开挖降水划分为三个阶段,运用数值模拟软件FLAC3D对基坑模型的开挖降水过程进行三维流-固耦合计算。分析并得到了基坑开挖过程中孔隙水压力的变化规律、稳定流状态下的渗流场速度特征以及降水分析过程中地面沉降量和基坑底部隆起量的变化规律,并分析讨论了孔隙水压力与土体变形的相互作用,这些结论对工程设计和施工具有一定的参考价值。     

上海地区地铁隧道盾构施工地面沉降分析

根据上海地铁明珠线浦东南路站-南浦大桥站区间隧道盾构推进引起的地面沉降的实际观测数据，分析常用的地面沉降槽计算经验公式对于上海地区软土中修建的地铁盾构隧道的适应性，提出了地铁盾构隧道横断面上地表沉降预测公式参数确定方法以及纵断面上地表沉降分布修正计算公式及其参数确定方法。应用结果表明，该计算公式能较好地预测盾构施工引起的地面沉降分布。     

合肥地铁盾构隧道下穿河道施工数值模拟分析

文章针对合肥地铁1号线盾构下穿南淝河存在的安全隐患,基于流固耦合原理与有限差分方法,采用FLAC3D对隧道盾构开挖流固耦合效应进行模拟,分析了盾构推进过程中隧道周边土体孔隙水压力规律、竖向应力场、拱顶沉降等。研究表明:盾构开挖导致隧道拱顶及两侧土体孔隙水压力明显降低,地下水在水压力的驱动下向拱顶与两侧流动,这些部位容易出现危险,要防止涌水事故的发生;考虑流固耦合后,围岩竖向应力值变大,最大拉应力与压应力均变大,隧道周边局部围岩出现较大的应力集中现象,对隧洞安全不利,拱顶竖向位移增大,竖向位移在水平方向从隧道中心向两侧不断减小,而土体后期固结沉降占最终沉降的比例达到30%,要加强后期监测,防止沉降过大影响隧道安全。     

盾构施工引起的超孔隙水压力解析解

基于MohrCoulomb屈服准则,在考虑土体的内摩擦角φ的情况下,推导了盾构通过时引起的超孔隙水压力的公式并与φ=0的情况作了比较,表明φ值使得塑性区范围和超孔隙水压力值变大.塑性区的范围和塑性区内超孔隙水压力的主要影响因素是盾构土舱压力,但弹塑性区交界处的超孔隙水压力值为a6ccosφ(a为Henkel系数,c为土的粘聚力),与土舱压力无关.以上海地铁10号线同济大学站—国权路站区间隧道为实例,对此进行现场监测,结果显示解析解与实测值吻合较好;提出开孔释放超孔隙水压力对策,经实践检验非常有效.     

基于流-固耦合理论的水体下盾构隧道施工渗流规律

借助有限差分软件FLAC~(3D),依托太原地铁2号线双塔西街—大南门站下穿迎泽湖区段盾构隧道工程,基于流-固耦合理论分别建立5,10,20,30 m湖水深度下该区段隧道流-固耦合三维计算模型,对比分析4种湖水深度下盾构隧道开挖过程中地表的沉降量、围岩渗透性和管片内力分布。结果表明:盾构隧道地表沉降量及水平位移随湖水深度的增大而增大;各工况下隧道周围的孔隙水压力随着盾构隧道的开挖而显著减小,水力坡降在隧道拱顶、拱腰两侧明显增大,致使隧道拱顶、拱腰两侧极易发生涌水事故;流-固耦合作用下,盾构管片内力与水头压力呈正相关性,盾构隧道管片配筋设计中应考虑上覆水体水头压力对其产生的显著影响。     

粉喷桩施工过程对桩周土影响机理分析

通过对现有粉喷桩施工过程喷粉压力的分析,提出了粉喷桩施工过程喷粉压力对桩周土体作用的分析模型,该模型可以考虑施工过程桩周土体中超静孔隙水压力随深度变化.分析了粉喷桩施工过程的桩周土体超静孔隙水压力产生与消散规律.利用平面圆柱扩张理论分析某一深度处超静孔隙水压力,求解出粉喷桩施工对桩周土体产生塑性区半径大小的解析式.由理论计算结果与实测结果表明,桩边附近的超静孔隙水压力的理论值与实测值较为吻合,而由于假设条件与实际情况存在着一定的差异,导致理论计算结果的塑性区半径偏大.但由理论计算表明,理论公式能较好反映粉喷桩施工对桩周土体的影响规律.     

盾构隧道下穿输水干渠设计参数优化模型试验

盾构隧道下穿输水干渠设计参数(最优夹角、最小埋深)对隧道路线选择、干渠扰动影响评价至关重要,现行规范尚无明确规定。随着盾构施工技术成熟,有必要深入研究盾构隧道下穿输水干渠的最优夹角与最小埋深参数。依托郑州地铁10号线下穿南水北调干渠工程,基于Buckingham-π定律推导的相似参数,开展盾构隧道下穿输水干渠设计参数优化室内相似模型试验。研究结果表明：(1)隧道轴线与渠坡底部相交的局部区域地层沉降量大于周围地层沉降量;(2)当采用朗肯土压力计算值作为盾构仓压值,盾构隧道埋深不宜小于1.5D,夹角不得小于30°;(3)考虑盾构隧道施工对渠表的影响,应优先考虑隧道埋深的扰动影响,其次考虑隧道夹角设计参数的扰动影响。试验结果将为盾构隧道下穿输水干渠设计参数提供了重要参考依据。     

软土盾构隧道施工沉陷的探地雷达检测

探地雷达利用高频电磁脉冲波的反射原理,可用于建筑物裂缝、地层孔洞或沉陷的探测.文章采用探地雷达法对上海地铁2号线延长线川沙东-航殷路软土段盾构隧道和隧道上部地表进行了无损检测和评价,探测结果表明: 552～576 m区段盾构隧道衬砌周围土层出现松动状况,由于盾构施工,隧道衬砌上部土体之间存在间隙,导致地表不均匀沉降;684～720 m区段隧道上部覆盖层土体较为松散,隧道左轴线处可能存在孔隙区,因而导致沉降和灌浆激增.     

浅埋透水地层泥水盾构开挖面极限支护压力研究

针对浅埋透水地层的泥水平衡盾构施工的隧道,建立考虑水的渗透作用下泥水盾构开挖面极限支护压力的理论分析模型。同时,基于极限分析理论,推导相应的计算公式,并结合工程实例,通过数值模拟计算分析,验证理论分析的合理性,进而讨论隧道埋深、隧道直径、土体黏聚力、内摩擦角和水深等参数对盾构开挖面极限支护压力的影响。研究结果表明:浅埋透水地层盾构隧道开挖面极限支护压力随着隧道埋深、隧道直径以及水深增大而增大;随着土体黏聚力和内摩擦角增大反而减小。