基于离散元的盾构开挖面合理支护压力

采用离散元法(DEM)对无水砂土地层(摩擦角37°)3种埋深条件下盾构隧道开挖面的颗粒流动及渐进性破坏过程进行了模拟,分析研究了开挖面极限支护压力及周围地层扰动分布的变化规律,得到:①不同埋深条件下,开挖面极限支护压力均出现在开挖面位移为0.06D(D为隧道直径)时,对应支护压力比为10%~20%,砂土强度软化现象导致最终极限支护压力增大.②支护压力比降至40%~50%为剧烈地层扰动及显著地表变形的触发点.当开挖面支护压力比降低至40%~50%时,地层扰动范围和程度对隧道埋深非常敏感,如埋深由2D降低至0.5D时,扰动范围扩大了3倍,最大扰动程度提高了1倍;地表产生明显大幅沉降.③基于极限破坏的支护压力比为10%~20%,而基于变形控制的支护压力比为40%~50%,虽明显大于前者,但支护压力仅为静止土压力的40%~50%.综合考虑盾构刀盘磨损及地层支护效果,在无水砂土地层中采用支护压力比为40%~50%是一种合理选择.     

盾构法隧道信息化施工控制

依据软土盾构法隧道施工的基本原理，工程技术和工程经验，对盾构法隧道施工参数及监测信息进行了分解与分类处理，得到了施工参数中控制施工质量的关键因子及其对应的信息因子，并采用地层结构等分析模型，结合控制论方法，推导了它们之间的相关方程，在此基础上进一步提出的信息化控制方法中采用渐进递推方式，通过施工过程的动态跟踪，采集工程监控数据并对施工参数进行调整优化，指导全段施工过程，同时可以依据前步施工监测信息及施工参数的变化规律，推断下步施工工况及其对策，最后结合工程实例验证了模型的可靠性，为实现岩土工程的信息化控制提供了理论依据和方法。     

穿越不同建（构）筑物的地铁盾构选型与控制

结合上海市穿越不同建（构）筑物的地铁盾构工程实践,对盾构分别穿越运营地铁隧道、危旧敏感建筑物、浅基建筑群和桩基础时的盾构选型、微扰动控制参数以及相关应力与变形规律等进行了分析.在盾构掘进引起的动态位移场条件下,提出了盾构选型及其施工参数的控制方案;另外,在分析盾构穿越桩基础时桩端应力分布的基础上,提出了控制桩端距离的建议.     

盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明：隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。     

软土基坑分步开挖卸荷时效及其对邻侧隧道影响

为研究软土地层中基坑开挖卸荷时效及其对邻侧隧道影响,设计并实施了相似比为1:20的物理模型试验,得到了基坑围护结构变形、地表沉降、坑底隆起、隧道竖向变形、隧道水平变形以及隧道断面收敛变形等数据。研究结果表明：基坑开挖引起的围护结构最大侧向变形为0.61%H(H为基坑深度),大于上海软土地区地铁车站基坑围护结构最大值的上限0.50%H;分步开挖过程中的墙体侧向变形和地表沉降具有明显的时间效应,卸荷时效对基坑变形的影响随开挖深度增加而增强;基坑开挖引起隧道变形以朝向坑内的水平变形为主,同时伴随少量朝上的竖向变形;隧道侧向变形与相同深度处围护结构侧向变形大致呈线性关系,据此可预估后续开挖引起的隧道侧向变形;基坑开挖引起邻近隧道产生径向收敛变形,隧道断面呈“横向伸长、竖向压缩”的特点,横向收敛约为竖向收敛变形的1.7倍;当隧道与基坑开挖面的竖向净距在0.2H～0.5H时,基坑开挖卸荷引起的隧道变形响应十分敏感,隧道竖向变形随坑底隆起增加而显著增加。     

考虑内坑影响的坑中坑基坑被动土压力叠加算法

以Coulomb土压力理论为基础，考虑内坑的影响，采用叠加原理分析坑中坑基坑的外坑被动土压力，根据滑裂楔体的不同形状，分别给出4种具体计算公式，并通过具体算例对比了本文算法与《上海市基坑工程技术规范》中推荐算法的计算结果.结果表明：内坑的存在，将降低坑中坑基坑的外坑被动土压力；如果以《上海市基坑工程技术规范》中推荐的算法为理论依据设计坑中坑基坑，将会高估基坑的稳定性而使设计偏于危险.     

基于WBS-RBS法的盾构始发(接收)风险辨识及对策

始发(接收)是盾构法施工中的事故多发环节,对其风险进行探究十分必要.从盾构始发接收的实际施工过程出发,采用WBS-RBS法找出了盾构始发(接收)过程中的基本风险因素,并有针对性的提出转移或降低风险的技术对策,对指导实际施工,保证周围环境、规范施工管理、减少社会及经济损失均有重要意义.     

软土地层大直径盾构出洞段加固土体的数值分析

软土地层中盾构法施工的盾构出洞段土体需要选择合适的加固技术进行处理,以满足施工稳定性的要求。采用三维数值计算方法,分别对冻结法、搅拌桩、搅拌桩+SMW工法加固条件下出洞段的加固土体进行分析,并对地层位移和应力进行比较,为施工时地层加固方法的选择提供理论依据。     

加筋砂土中土工格栅配置形状与刚性效果试验

利用室内平面应变压缩破坏试验,对加筋砂土中土工格栅配置形状及其刚性的加筋加固效果进行了考察与分析.结果表明:增加土工格栅加筋材与砂土之间的接触面积,可以明显地提高加筋砂土的压缩强度,它所带来的加筋加固效果要远大于通过提高加筋材用量或增加刚性所带来的加筋加固效果.在材料使用量一定的情况下,合理地提高土工格栅的面内配置密度,可以有效地提高加筋土的压缩强度,加筋加固效果明显.     

考虑土拱效应的盾构隧道开挖面稳定性

在考虑松动土体内的三维土拱效应和开挖土体与刀盘摩擦力的基础上,改进了传统的筒仓楔形体模型计算方法.结果表明:最小土压应力并不是传统方法假设的均匀分布形式,而是近似呈抛物线分布;土的黏聚力、内摩擦角、刀盘与松动土体间的摩擦角以及埋深等物理参数对其最小土压应力均有一定程度的影响;降低刀盘与开挖面土体间的摩擦角可以显著增加开挖面的极限稳定性.通过与模型试验结果和其他计算方法的对比分析,验证了本文计算方法的合理性.