盾构掘进对既有构筑物影响分析

盾构机在地铁隧道施工中得以广泛的使用.由于盾构机在盾构掘进施工过程中对既有构筑物会产生一定的不利影响,因此有必要对盾构掘进施工进行力学分析.以某隧道实际工程为例,对盾构掘进过程中的构筑物以及引起的整个地表沉降进行有限元分析,得到了对类似工程有一定价值的结论.     

基于ABC-BP神经网络的地铁盾构地表沉降预测

为研究地层参数和盾构掘进参数与地表沉降的非线性关联性,依托南京地铁6号线盾构区间,采用人工蜂群算法ABC优化BP神经网络,建立可预测地表沉降的ABC-BP神经网络模型。连续3个断面地表沉降预测结果表明:ABC-BP神经网络的预测精度和预测稳定性优于BP神经网络,且预测值与实测值一致；ABC-BP神经网络可较为准确地反映盾构机接近监测断面过程中的地表变形演变规律,最终实现地表变形控制的目的。提出了ABC-BP神经网络现场应用思路,构建了地层-掘进参数-沉降的关系,进而通过地层参数直接实现对盾构掘进参数和地表变形控制。     

北京地铁敞口式盾构掘进对砂层土体扰动规律研究

敞口式盾构在砂层掘进时会扰动周围土体,易引起地层坍塌.以北京地铁6号线2期敞口式盾构施工段为工程背景,阐述了国内首台挤压式敞口盾构机机体构造及开挖工序,通过地表沉降和地中水平位移监测,研究了盾构掘进对砂层的扰动特征.结合盾构掘进参数分析,探讨了减少土体扰动的控制措施.研究表明,盾构接近测孔区阶段,土体变形规律最复杂;通过和刚脱离测孔区阶段是土层变形控制的重要环节;盾构隧道轴线两侧1.5倍洞径范围内是土体扰动主要区域.所得结论可为砂土地层敞口式盾构施工地层位移控制提供可鉴参考.     

长沙地铁1号线盾构掘进参数对地表沉降影响分析

为了研究长沙地铁施工中土压平衡盾构掘进参数对地表沉降的影响,本文基于长沙地铁1号线北辰三角洲站~开福寺站盾构区间隧道工程实例,统计了土压平衡式盾构在该区间段的部分掘进参数,并初步分析了参数之间的关系,进而通过数值模拟的方法分别探讨了地层种类、掘进压力、盾尾注浆压力等不同施工工况下的地表沉降响应.研究结果表明:测点沉降值随着隧道范围内圆砾或卵石成份含量增多而增大,但增大趋势总体上在减小;掘进压力对地表沉降的影响小,但地表隆起值与掘进压力成正相关,当掘进压力超过0.3MPa后,隆起的幅度急剧增大;盾尾注浆压力提高1倍,地表沉降可减少10%以上,但过高压力值反而会引起管片应力急剧增大.     

盾壳摩擦对邻近单桩工作性状影响的研究

盾壳摩擦作用下土体受到挤压和剪切,可引起临近桩身所受弯矩和变形显著增加.本文建立了考虑盾壳摩擦作用的三维有限元模型,研究了盾构掘进过程中不同盾壳摩擦作用对邻近单桩工作性状的影响,并以天津地铁东南角站至建国道站区间盾构工程为依托,结合盾构掘进参数及地表沉降的监测结果进行验证.研究结果表明,考虑盾壳摩擦作用的盾构掘进会引起土体沿掘进方向的水平位移显著增大;盾壳摩擦的增大会造成邻近单桩桩顶沉降、沿掘进方向的桩身水平侧移和桩身弯矩增大,而对桩侧摩阻力、垂直于掘进方向的桩身水平侧移和弯矩影响微弱;盾壳摩擦对桩顶沉降的影响具有滞后性,当盾构机脱离桩身后,对其变形更需要严格控制.     

基于循环神经网络的超大直径盾构掘进地表沉降预测方法研究

为了研究超大直径盾构掘进过程地面沉降规律,以武汉市和平大道南延线盾构工程为研究对象,首先收集了超大直径盾构下穿过程掘进参数和地层地质参数,并使用盾构掘进过程深跨比描述超大直径盾构影响特征;其次,通过收集现场沉降测点数据分析盾构隧道施工阶段地表沉降的影响范围,计算了90%、95%、99%三种置信区间下地表沉降影响范围;最后,选取不同范围内的多元时序数据作为输入参数,分别建立了基于贝叶斯优化算法（BO）的长短期记忆（LSTM）、BP神经网络和随机森林（RF）大直径盾构地面沉降预测模型.模型运行过程中,通过贝叶斯优化算法分别寻找三种不同模型下的最优超参数,并通过四种评价指标对比模型精度.结果如下：(1)在90%置信水平下三种算法均表现出最高精度,通过区间计算筛选有效输入参数能有效提高模型预测精度;(2)LSTM对隧道沉降的预测结果优于传统机器学习算法模型,MAPE最低达到8.91%,R2达到90%.     

双线隧道盾构施工对临近 高层建筑物的影响分析

以北京市轨道交通6号线某区间盾构隧道工程实例为背景,针对双线盾构掘进先后通过临近高层建筑物的特殊情况,首先通过FLAC3D软件对该工程进行数值模拟,分析了先后盾构掘进两条平行隧道时地表最大沉降值的位置,以及盾构掘进与临近建筑物相互作用对地表沉降的影响;其次,对盾构掘进先后穿过高层建筑物的实测数据进行了分析,获得了双线盾构顺序穿越临近高层建筑物过程中地表沉降的变化规律;最后,分析了盾构施工对临近高层建筑物的影响.结果表明：在盾构面前方20 m作用的范围内,地表略微隆起,而盾构通过40 m后地表沉降基本稳定;后行隧道引起的地表沉降大于先行隧道引起的地表沉降;临近高层建筑物在隧道沉降槽影响范围内时,盾构施工对建筑物影响较大,而与双线隧道的先后施工顺序关系不大,数值计算和实测结果相符,对类似工程有一定的借鉴和指导意义.     

大直径泥水盾构下穿地铁挡墙路基沉降控制

为研究泥水盾构双洞先后下穿施工影响下既有挡墙式路基的沉降控制措施,依托京沈客专望京双洞盾构隧道施工下穿北京机场线路基工程,通过分析现场监测数据及盾构施工参数,在阐明了路基的沉降规律基础上,总结了控制沉降的盾构施工参数调控和注浆加固、沉降补偿的经验.研究结果表明:掘进各参数间、泥浆各参数间的关联密切;合理且较高的顶推力和泥水压力、较高比重和黏度的浆液可确保在地层扰动小的情况下盾构快速通过穿越段;理论注浆量2.5倍的同步注浆量和大于泥水仓压力0.15～0.2 MPa的注浆压力可确保盾尾建筑空隙充填密实;地表预注浆充分改良加固了地层、适度抬升了路基,注浆压力1.2 MPa的地表跟踪注浆及时有效地抑制、补偿了路基沉降,注浆压力1.2 MPa和速度100 L/min的隧洞内加强注浆减小了路基工后沉降.     

砂卵石地层土压平衡盾构掘进技术浅谈

随着地铁建设的蓬勃发展,土压平衡盾构机在全国得到了较为广泛的应用,但伴随而来的却是盾构掘进过程中遇到的地质情况越来越复杂,如果土压平衡盾构施工过程中不能进行很好的控制,极可能对周边环境产生较大影响,造成严重的后果和不良社会影响。兰州轨道1号线土门墩~西客站区间在掘进施工过程中采用"泡沫剂+膨润土+保压"掘进技术,有效地解决了盾构掘进过程中造成地表及建构筑物沉降过大、刀盘及螺旋机卡死、刀具磨损过大、刀盘扭矩及盾构机推力过大等问题,确保了该区间一次性顺利完成掘进,取得了良好的经济和社会效益。     

软土浅埋超大直径盾构始发端头加固范围研究

为确定软土地层浅埋超大直径盾构始发端头加固的合理范围,以珠海杧州隧道为工程背景,采用有限元建模分析,研究了端头加固范围对素混凝土墙破除以及盾构始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果,以端头中心点水平位移为控制目标,得出横、竖向合理加固厚度约为0.28倍隧道开挖面直径,略大于理论计算值和工程经验值。盾构掘进模拟结果表明,当纵向加固长度超过盾构机长度后,横断面受剪区域未与地表形成“塑性贯通”,端头盾构掘进对地表扰动程度较低;如以地表最大沉降为控制值,软土地层合理加固长度为1.14倍盾构机长度,该结果与理论计算值接近,而略小于工程经验值。     

地铁盾构掘进对地表及建筑物沉降的影响研究——以深圳地铁16号线为例

研究盾构掘进对周边地表及建筑物沉降造成的影响，是软土地区盾构隧道安全施工和正常运营的基本要求.以深圳地铁16号线龙东村站—龙南站盾构区间粉质黏土层为背景，建立数值模型进行模拟计算，并与实测结果进行对比验证，研究盾构掘进对地表及建筑物沉降的影响.结果表明，右线开挖完，地表最大沉降值位于右线隧道中心线处，左线开挖完，地表最大沉降值也位于右线隧道中心线处；单线盾构掘进引起的地表横向沉降曲线均是单峰形态，双线盾构掘进引起的地表横向沉降曲线往往会呈现出双峰或多峰等形态；右线盾构开挖时，建筑物监测点沉降随盾构掘进过程呈现整体下降的趋势，左线盾构到达建筑物监测点时，建筑物监测点逐渐开始隆起，在左线盾构通过后，建筑物监测点沉降值逐渐趋于稳定.     

双线盾构顺序下穿铁路箱涵的实例研究

以北京市轨道交通6号线某区间盾构隧道工程实例为背景,对该工程进行数值模拟,分析了先后盾构掘进两条平行隧道对地表沉降的影响,以及顺序盾构掘进对既有铁路箱涵沉降的影响;结合现场实测结果,获得了双线盾构顺序穿越铁路箱涵过程中地表沉降的变化规律。结果表明:顺序掘进两条平行隧道时,地表沉降量最大值出现在两条隧道中心线偏向后行隧道约D/2的位置;后掘进隧道盾尾建筑空隙产生的沉降比小于先行掘进隧道;双线隧道顺序下穿铁路箱涵使箱涵本身的沉降曲线出现两次较为明显的沉降段和稳定段;实例分析证明,数值模拟方法和控制措施合理有效,有一定的实用价值。     

盾构近距离下穿桥梁数值分析与监测

目的分析盾构掘进施工对桥桩的影响,评估盾构掘进对桩体位移、桩身轴力、弯矩等的影响程度.方法以石家庄轨道交通1号线下穿周汉河桥段为例,采用三维数值模拟的方法建立双线盾构穿越桥梁桩基础模型,对盾构掘进施工过程中所引起的桩基础的位移和内力进行分析,以数值分析为基础制定合理的监测方案,对盾构掘进穿越桥梁基础进行现场监测.结果盾构施工造成的桥桩应力变大,1号桩最大应力为0.86 MPa,2号桩最大应力为1.96 MPa远小于设计值22.4 MPa;左线盾构掘进完成后,地表的最大沉降为5 mm,右线盾构掘进完成后,地表最大沉降为10.2 mm;桥桩的最大水平位移为2.6 mm,其中2号桥桩的沉降最大,为9.35 mm;下穿周汉河桥桩段路面最大下陷值为6.9 mm,3处桥梁桩顶沉降分别为5.78 mm、5.51mm和5.43 mm,小于施工限值12 mm.结论数值模拟计算结果与现场实测数据的结果符合较好,说明模拟计算时所建立的数值模型与相关物理力学计算参数的确定是合理可靠的.     

考虑地层三维空间分布的盾构掘进模拟

为研究复杂地层条件下盾构掘进引起的地层扰动规律,提出了一种考虑地层三维空间分布的盾构掘进模拟方法. 该方法利用Kriging算法构建三维地质模型,通过条件判断算法将地层空间分布信息嵌入到有限元模型中,进而实现考虑地层三维空间分布的盾构掘进模拟. 此外,采用C#语言编写了复杂地层盾构掘进模拟前处理程序. 以长沙地铁四号线为例,根据掘进断面内极软岩、软岩、坚硬岩的占比,选取具有3种不同地层条件的区段,利用该前处理程序构建了土压平衡盾构机掘进过程模型,并开展模拟. 模拟结果显示盾构掘进断面内极软岩占比增大会导致地表最终沉降量显著增加. 相比于极软岩占比为50%的掘进断面,全断面极软岩处的地表最终沉降量增加了11.67?mm. 模拟结果与实测数据规律一致,验证了所提方法的有效性.     

隧道掘进对周围土体的沉降影响分析

以盾构掘进工程为研究对象,建立了关于盾构掘进和的管片衬砌的力学模型,研究了由盾构机掘进施工过程对周围土体造成的影响.用ANSYS数值分析软件对所选取的盾构掘进隧道和足够大断面区域土体进行分析,采用Soild45单元来模拟土体和该区域之间的联系,并通过杀死和激活单元来模拟土体的掘进过程.研究结果表明,当盾构机掘进、管片衬砌及注浆的过程中,研究对象会发生沿Y轴对称的非线性变化,沉降量在隧道孔的上下两端达到峰值,但在孔的左右两侧位移量较小.盾构隧道的开挖、建环对地层的影响范围大体呈"V"型,在该地层下地标一倍洞泾以外沉降量较小,且模拟量略小于仪器监测值.     

基于机器学习算法的盾构掘进地表沉降预测方法

针对有限元、地层损失率等方法难以考虑多参数耦合作用情况下的地表沉降预测的问题,基于BP神经网络(BPNN)和随机森林算法(RF)两种机器学习算法的多参数、非线性拟合能力,提出了预测盾构掘进过程中地表最大沉降以及纵向沉降曲线的预测方法.通过粒子群算法(PSO)确定机器学习算法的最优超参数,通过k折交叉验证方法提高预测方法的鲁棒性.结果表明BP神经网络的预测结果误差较大,难以预测到较大的地表沉降,随机森林算法能够准确预测地表最大沉降和纵向沉降曲线.     

基于神经模糊推理系统的盾构施工地表沉降预测

盾构隧道施工引起的地表沉降,主要受盾构掘进参数和地层条件的影响,且各参数间关系复杂.已有地表沉降预测方法大都没有直接考虑掘进参数的影响,难以满足盾构快速施工超前预测预报和环境影响控制的需求.自适应神经模糊推理系统(ANFIS)是一种基于神经网络的模糊类智能模型,通过减法聚类数据细分技术自动生成模糊规则,使网络的节点和权值具有明确的物理意义,集成了神经网络数据自适应能力和模糊系统知识表达性能,特别适合于多元非线性系统的预测预报.结合北京地铁14号线东风北桥站至京顺路站区段工程实测数据,选取埋深、洞顶覆土标贯值、土仓压力、推进速度、刀盘转速、扭矩、盾构推力,以及同步注浆量为输入变量,建立了地表最大沉降量预测模型.计算结果表明,该模型计算量小,泛化能力强,计算精度高.研究成果为盾构施工地表沉降预测预报提供了新的技术方案.     

铁路轨道下盾构施工所致地面沉降的数值模拟

以天津津滨轻轨天津站站——七经路站盾构施工区间工程为对象,采用三维有限元方法,对在多条铁路轨道下长距离盾构掘进过程引起的地表变形进行数值模拟.根据模拟结果,详细分析盾构穿越导致的沿盾构方向和垂直于盾构方向的地表沉降,得出盾构施工各阶段的地表沉降规律,研究盾构掘进对地表的扰动范围,分析先施工隧道和后施工隧道对地表沉降的贡献差异,并探讨对铁路荷载的影响.计算结果与监测结果吻合较好.     

花岗岩球状风化发育区盾构施工特点分析

花岗岩发育地区球状风化体(俗称"孤石")的分布直接影响城市轨道交通工程的盾构施工。基于华南地区花岗岩球状发育区盾构施工工程案例,分析了在这一特殊地质环境下盾构施工在盾构机选型和盾构推进过程中参数控制相关问题,提出花岗岩球状风化体发育区盾构施工应合理选择盾构机,在孤石地层掘进时应控制掘进速度、刀盘扭矩、盾构机的推力,刀盘的贯入量以及刀盘的转速等施工参数,做到平稳掘进,减少对地层的扰动。     

盾构掘进法开挖隧道对地表沉降影响的预估

盾构掘进法开挖隧道引起的地表沉降对地面建筑物影响在地下工程施工中越来越受到人们的关注,而这个问题的关键是要对地表沉降进行预估.总结了国内外对盾构掘进法开挖隧道引起地表沉降进行预估的常用计算方法,如Peck横向沉降槽经验公式及修正公式、数值分析法、模型试验法和智能决策理论方法.最后就目前国内外盾构掘进法施工隧道对地表沉降影响研究中存在的问题进行了探讨,并提出了一些实质性的建议.