盾构施工对地表沉降的数值模拟分析

以合肥地铁3号线某区间隧道为工程背景,运用有限元数值模拟软件MADAS/GTS建立三维隧道施工的数值模型,计算隧道施工过程中引起的地表沉降。分析盾构施工在不同掘进距离条件下地表沉降的变形规律。模拟结果表明:在拱顶位置地表产生沉降最的大竖向位移。隧道下部围岩的最大隆起发生在拱底处;地表横向沉降范围随着开挖面的推进而不断加大,盾构施工的横向影响范围为隧道直径D的3倍。盾构施工造成的隧道下部围岩横向沉降影响范围约为洞径的2倍。     

盾构隧道壁后注浆体固结变形特性试验研究

为了研究浆液在盾尾空隙中的固结变形特性,采用自制的壁后注浆体固结变形试验装置,对不同注浆材料、不同固结压力、不同土质条件和地下水压力条件下的浆液固结变形特性进行了试验研究.结果表明：随固结压力的增大,浆液的固结变形速率加快,最终的变形量也相应增大,且浆液的固结应变处于4%~12%;在砂土条件下的固结变形速率要远快于黏土条件,在砂土条件下1 h内变形即可趋于稳定,而黏土条件则需要5~6 h;随地下水压力的增大,浆液的排水速率减缓,最终的固结变形量也相应减小.     

盾构壁后注浆材料配比及注浆效果分析

盾构壁后注浆浆液需根据实际工程,满足相应的工作性能要求;并达到一定的注浆效果。基于室内试验和现场试验,分析了各注浆材料掺比与浆液工作性的关系,提出了适合工程施工的浆液配比。通过探地雷达技术对注浆效果进行分析评价,得出拱顶注浆效果好于边墙。应注意对壁后注浆效果不佳区域及时补注浆液,防止地层塌陷。     

盾构隧道壁后注浆窜浆分析

以盾构施工中壁后注浆浆液顺着盾体与地层之间的空隙流至开挖面的现象为背景,基于宾汉姆流变方程,推导了该现象发生条件的理论公式,并分析硬岩地层、软土地层以及盾构爬坡三种工况下窜浆现象的影响因素及发生条件以及浆液的固结排水过程和盾构机的掘进速度对窜浆的影响.结果表明,浆液的黏度对窜浆的发生与否影响很小,浆液的初始剪切强度越大、盾体空隙宽度越小、浆液的固结排水量越大、掘进速度越快,则窜浆现象越不易发生.     

基于分形理论的盾构壁后注浆压滤扩散模型

基于有效应力原理,考虑注浆过程中浆液对于土体压缩造成的孔隙减小现象,基于分形理论提出盾构隧道壁后注浆的压滤扩散模型,并分析注浆压力、注浆量和孔隙率分形维数对浆液压降曲线及管片压力的影响.研究结果表明:浆液压力随扩散半径增加逐渐减小,管片压力随注浆压力增大大致呈线性增大;孔隙率分形维数对管片压力影响显著,管片压力随孔隙率...     

盾构隧道壁后注浆浆液时变半球面扩散模型

在假定注浆浆液为粘度时变性流体且浆液沿半球面扩散的前提下,应用达西定律对盾构管片注浆扩散半径及浆液对管片产生的压力进行了理论推导,得到了浆液扩散半径及对管片产生的压力的计算式.通过具体实例,对比分析了考虑浆液粘度时变性和不考虑浆液粘度时变性2种条件下注浆压力、注浆时间、浆液初始粘度、土体渗透系数对浆液扩散半径及浆液压力的影响,得到了浆液压力的分布形式.分析结果表明,注浆压力和土体渗透系数较大且注浆时间较长时,浆液的粘度时变性对浆液扩散范围和压力的影响显著;可通过调整注浆压力、注浆时间、浆液特性来调整注浆效果.     

盾构壁后注浆宾汉姆浆液驱替渗透扩散模型

以宾汉姆流型浆液为研究对象,基于浆液对地下水的驱替效应,运用广义达西定律及渗流力学相关理论,推导了壁后注浆球形驱替渗透扩散模型.通过算例分析了考虑浆液驱替效应时浆液的渗流扩散特征,并针对影响浆液渗透扩散的主要因素进行了分析.结果表明:考虑浆液驱替效应时,扩散锋面浆液压力随着扩散距离的增加沿下凹形曲线递减,虽然锋面浆液压力变化量较小,但对浆液的扩散半径影响较大,注浆1 h时浆液扩散距离减小约23%.     

基于流固耦合的泥水盾构隧道施工引发地表变形

利用泥水盾构隧道开挖面平衡稳定原理,对泥水介质渗透的微观机理进行分析.同时,以具体工程为研究对象,结合流固耦合基本原理对由于开挖面泥水渗流所引起的隧道开挖位移场进行计算分析.研究结果表明:泥水介质向开挖面前方土体渗流时,将引起隧道地表附加沉降,且泥水压力大于主动土压力时,泥水压力越大,附加沉降量越大,但总沉降量越小;泥膜渗透系数越小、泥膜厚度越大附加沉降越小;适当增加施工进度有助于减少附加沉降.因此,在高渗透性地层条件下采用泥水盾构施工时,应确保泥水介质的质量,适当提高施工进度,尽量减少泥水渗透对开挖面稳定性及地表变形的小利影响.     

膨胀岩地区盾构壁后纤维注浆材料试验研究

为研究膨胀岩地区纤维注浆材料与膨胀岩相互作用的规律,以南宁轨道交通一号线穿越膨胀岩区域为依托背景,开展纤维壁后注浆材料力学性能研究,选取3组工程常用配比,分别掺入0.9 kg/m3、1.5 kg/m3、2.0 kg/m3聚丙烯纤维,进行抗压、劈裂抗拉、抗折试验。并自行设计模型试验装置,就掺入1.5 kg/m3纤维时注浆材料与膨胀岩相互作用开展模型试验及数值分析。试验结果表明:(1)与普通注浆材料相比较,纤维对注浆材料的强度影响较小,对其韧性增强作用明显,掺量1.5 kg/m3时,增韧效果最明显,相比普通试块,纤维掺量1.5 kg/m3及以上时挠度增加均在30%以上;(2)相对于普通浆液,相同条件下,纤维浆液使膨胀力衰减32%;(3)当膨胀力增至160 k Pa时,纤维浆液使管片最大正弯矩和最大负弯矩分别减小31.6%和24.2%,可见纤维注浆材料能有效减小膨胀岩膨胀变形对盾构管片的影响。     

黄土山区矿井地表移动变形数值模拟

黄土山区地形条件复杂,煤层地下开采引起的地表移动变形规律与平原区不同。文中以最具代表性的铜川矿区为例,运用有限差分法数值计算软件(FLAC3D)研究了黄土山区地下煤层开采引起的地表移动变形的规律。研究表明,黄土山区地表移动变形除了有向采空区方向移动的位移分量外,还有向山坡下方移动的位移分量,地下煤层顺坡向开采可在一定程度上减缓和控制山区地表采动损害。     

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.     

盾构隧道壁后空洞注浆对管片受力特性的影响

为研究盾构隧道壁后空洞注浆浆液的扩散机理及其对管片受力的影响规律,基于修正达西定律对黏性土中浆液的扩散半径和管片产生的压力计算公式进行了推导,并以西安地铁某区间隧道涌水事故为依托,利用推导的注浆压力公式,采用地层-结构模型得到了管片壁后空洞注浆部位及注浆压力对管片受力的影响规律。结果表明:同一注浆位置,当注浆压力不断降低时,管片的轴力值、弯矩值以及管片上浮呈不断降低的趋势;除了控制截面有稍微旋转之外,设计工况下的管片轴力值、弯矩值与模拟过程中注浆压力为0.3 MPa时的情况相近,注浆压力超过0.9MPa时,结构产生明显的偏压,甚至出现管片裂缝以及结构破损;不同注浆部位施加相同注浆压力时,当注浆位置为隧道顶部和底部时,管片的力学形态发生了较大的变化,特别是弯矩值,增加幅度可达1.5~2倍,隧道侧面注浆使弯矩分布发生一定程度的旋转,甚至反转。     

考虑自重的盾构壁后注浆浆液驱替渗透扩散

针对砂砾石地层中盾构壁后注浆施工过程,考虑浆液扩散过程的自重作用及浆液驱替效应,分析不同位置注浆孔浆液的渗透扩散特征.首先分析了重力作用下宾汉姆浆液渗透扩散运动方程,根据浆液球形扩散的连续性方程,建立浆液驱替渗透扩散模型,并给出顶部和底部注浆孔浆液扩散的解析解.计算结果表明:当考虑浆液驱替效应时,重力作用对浆液扩散距离的影响更加显著.基于浆液驱替效应的渗透扩散模型表明:在高渗透性地层中,当采用低压注浆时,随着注浆时间的增加,浆液所受重力对浆液渗透扩散过程的影响显著.     

双盾构下穿秦淮河施工监测数据分析和数值模拟研究

以南京地铁三号线泥水平衡盾构下穿秦淮河施工为背景,对施工期的监测数据进行分析整理,揭示了双盾构下穿秦淮河施工沉降的规律.同时采用有限元中的渗流应力耦合算法对双盾构下穿秦淮河的施工过程进行模拟,对双盾构下穿秦淮河施工的沉降规律进行验证,以此揭示双盾构隧道下穿河流的一般规律,为以后的工程实践提供借鉴.     

真空疏干降水与地表变形控制数值模拟研究

以宁波市轨道交通樱花公园站抽水试验的地下水位和地表沉降监测点数据为依据,运用Geo-Studio流固耦合的数值模型,对基坑真空疏干降水进行模拟,应用于疏干降水引起的地表变形预测计算,定量分析围护结构对降水引起的地表变形影响.结果表明,真空疏干井点的影响半径为常规井的1.2 1.5倍,加大井深度对基坑疏干效果不明显,基坑围护结构对周边地表变形能够起到有效的控制作用.     

基于天线收发距的盾构壁后注浆雷达探测试验研究

为提高地质雷达在盾构管片壁后注浆探测的准确性,建立全尺寸盾构管片环试验平台,采用聚氯乙烯管模拟盾构管片壁后注浆空洞缺陷;通过电磁波理论分析计算和试验平台雷达探测效果验证,在选择合适的中心频率天线的基础上,采用一种简易可行的增设天线垫块方式优化天线收发距。研究结果表明:不同含钢量管片的电性参数差异不大,但不同凝结时间的注浆层浆液与管片、围岩的电性参数(相对介电常数、电磁波波速等)存在一定的差异;管片钢筋网多次反射信号与注浆层反射信号重叠是造成地质雷达信号难以判译的主要原因;天线收发距参数优化方法能有效提高电磁波的一次辐射场强而压制多次反射场强,从而提高注浆层反射波信号分辨率。     

基于浆液稠度时空变化的盾构隧道壁后注浆扩散机制

研究考虑幂律水泥浆液稠度时空变化对盾构隧道壁后注浆扩散半径及力学性质影响.首先,针对不同水灰比水泥浆液进行稠度时变性试验,简要分析浆液稠度时变规律,并获取各水灰比水泥浆液稠度时变系数;其次,分析盾构隧道壁后注浆扩散机理,重点研究浆液扩散稠度时空分布不均匀性;再次,建立恒定注浆速率条件下,考虑浆液稠度时空变化不均匀隧道壁...     

瓯江北支盾构穿越沉井施工数值模拟研究

基于有限元分析方法,利用MIDAS/GTS软件对沉井下沉特性进行了研究。结果表明:抽取垫层前,沉井拉应力达到最大,并发生在刃脚位置;随着沉井的逐渐下沉和逐渐接高,沉井最大拉应力发生位置由刃脚向井壁转移;沉井下沉至⑧2淤泥层时易发生突沉;沉井进入旋喷桩加固地层出现难沉现象。     

固结-注浆等因素影响下的盾构沉降数值模拟分析

盾构施工引起的地表工后沉降受到包括土体应力变化、超孔隙水压力、注浆压力以及浆液弹模等多种因素的影响.利用应力传递理论计算出假定扰动区内的超孔隙水压力分布.基于牛顿体理论对浆液在盾尾的扩散形式进行理论分析,求得注浆压力的环向分布情况;借助试验研究了浆液弹模的时变性和注浆压力消散稳定情况.结合有限元软件对工后沉降进行模拟,计算了工后前90d左右的地表沉降值,分析了扰动度、注浆压力、浆体弹性模量对工后地表沉降的影响.算例模拟结果显示与实际情况十分吻合.     

隧道盾构施工对临近桩基影响的数值模拟

以上海轨道交通7号线隧道盾构施工为工程背景,将隧道盾构施工过程简化为4个典型阶段.采用岩土工程数值分析软件,侧重于隧道衬砌完成后短期内软土不排水的状态,通过应力释放系数法与注浆等代层变刚度法相结合,实现盾构施工的二维动态仿真模拟,分析盾构施工对临近桩基的轴力、剪力、弯矩和位移的影响.该简化较真实地反映隧道盾构施工的实际情况,并可以得到比较真实的数据.