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.     

盾构隧道施工参数对地表沉降的影响研究

以广州市地铁十八号线万顷沙站—万横中间风井盾构区间隧道工程为研究背景,运用有限元软件,探讨了隧道埋深比、掘进压力、注浆厚度3种因素引起的地表变形的影响。在分析中使用控制变量法,在其他条件不变的情况下,改变掘进压力等施工参数并选取合理的值域后进行数值模拟,研究各种参数对地表沉降的影响程度。结果表明：(1)随着隧道埋深比的增大,横向地表沉降量峰值出现先增加后下降的变化规律,沉降槽曲线也逐步趋于缓和;(2)地面横向沉降峰值随掘进压力的增大而增大,当掘进压力超过掌子面土体应力释放值时,沉降量峰值与掘进压力成正比;(3)地面横向沉降量与注浆层厚度成反比。     

黄土地层盾构隧道开挖对地表沉降影响的有限元分析

基于黄土地层，采用邓肯-张非线性弹性本构模型，考虑盾构隧道开挖过程对周边建筑物的影响，建立了盾构隧道衬砌与土体相互作用的有限元计算模型．对黄土地层中盾构隧道外径和埋深及其与邻近建筑物的距离对地表及相邻建筑物沉降的影响规律进行了数值分析，结果表明：在相同盾构外径下，地面沉降随隧道埋深的增加几乎呈线性减小趋势；在相同隧道埋深下，地面沉降随盾构外径的增加几乎呈线性增大趋势；无论盾构外径如何，隧道顸部及相邻建筑物处的地表沉降值均随隧道和建筑物水平距离与盾构外径比的增大而减小，也随隧道埋深的增大而减小．文中给出了受沉降影响较大的范围，可为地下工程施工时对周边建筑物及地基采取加固措施提供理论依据，并为西部地区的地下工程建设提供参考．     

深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响

针对深基坑施工引起的环境变形问题,采用流固耦合数值方法,探讨了深基坑降承压水对墙体变形和地表沉降的影响规律.依托工程实例,采用基于Biot固结理论的流固耦合分析方法,通过力学和渗流交替迭代计算模拟开挖降水的耦合作用,并以实测数据验证该方法的合理性.建立三维数值分析模型,对比有无降水条件下基坑的墙体变形和地表沉降,获得深基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降曲线,并与相同水位变化下一维固结理论的计算结果对比,探讨两者间的差异及其产生机理.研究结果表明:深基坑降水对墙体变形影响较小,但会明显增大坑外地表总沉降量及其影响范围;基坑降承压水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度以外,与一维固结理论的计算结果相同;墙土共同作用是导致深基坑降水引起的坑外附加地表沉降在墙后1.5倍开挖深度范围内波动的主要原因.     

双圆盾构(DOT)隧道的地表沉降分析

分析了双圆盾构隧道的特点以及地表沉降的影响因素和不同计算方法.测试分析表明:双圆盾构隧道与圆形盾构隧道相比,双圆盾构隧道具有占用地下空间小、隧道断面形式多样化、切削面平衡操作简单、掘削土量少等优点;而隧道几何形状和埋深,土体性质的施工扰动,隧道衬砌的变形,盾构推进的平衡压力、姿态,同步注浆等是影响地表沉降的主要因素;最后得出双圆盾构隧道地表沉降与圆形盾构隧道具有相同的机理,但沉降值较大;双圆盾构隧道地表沉降槽的形态可以用正态函数表示,但最大沉降并不一定产生在隧道中心点.     

盾构隧道施工对管片环和地表沉隆变位的影响研究

结合某地铁区间盾构隧道所处围岩地质状况,引入荷载释放系数,采用三维有限元法对盾构隧道施工所引起的隧道应力场和位移场、管片环整环变形、地表三维沉隆变位与横、纵向沉隆曲线分布变化规律进行了深入研究,得到如下结论:(1)隧道施工将引起呈带状分布于隧道拱顶的较大管片环应力,且该应力随施工进程增幅较小。(2)管片环最大和最小位移分别呈带状分布于盾构隧道拱顶和拱底,且随着掌子面的前行略有增加并渐趋稳定。管片环呈横向变形趋势发展,拱顶下沉量最大,拱腰外扩量次之,而拱底隆起量最小。(3)随着掌子面的逼近,前方约15m处地表形成隆起,随后下沉且该沉降速率较大,两侧土体向隧道中线移动,地表沉降槽较大但渐趋稳定。     

城市浅埋隧道流固耦合施工效应对地表沉降的影响

采用ABAQUS有限元软件分析了浅埋隧道施工在考虑地下水情况下对地表沉降的影响,并与未考虑流固耦合效应进行比较.结果表明,流固耦合计算的地表沉降作用范围比未考虑流固效应要大的多,该研究为控制地表沉降及围岩变形提供了可靠的施工依据.     

南宁地铁盾构双线隧道地表沉降预测模型研究

依托南宁地铁2号线土压平衡盾构施工的双线隧道,通过对施工现场地表沉降的监测分析,揭示了双线隧道左、右线先后开挖过程中的地表横向沉降规律与地表沉降变形的历时变化规律。在此基础上,采用Peck沉降槽理论,考虑双线隧道盾构施工的相互影响,引入左线隧道施工对右线隧道地表沉降影响系数和右线隧道施工对左线隧道地表沉降影响系数,并提出这两个影响系数的确定方法,对相互影响范围内的双线隧道地表沉降公式进行修正,从而提出了一种采用分段函数形式表达的地铁双线隧道盾构施工引起地表沉降的预测模型,并验证了该预测模型的可靠性。     

基于遗传规划的盾构隧道开挖地表最大沉降预测

由于盾构隧道开挖引起的地面沉降是一个重要而艰巨的任务,许多影响因素都必须考虑,如隧道埋深、盾构直径、盾构掘进时推力、盾构推进速率、注浆填充率、注浆压力、地层的黏聚力、摩擦角、压缩模量等．然而目前没有模型能完全反映各种因素对地面沉降的影响规律,综合考虑各种影响因素,运用遗传规划理论对地表最大沉降进行预测．利用地表沉降实测数据对模型进行测试,建立了确定盾构隧道开挖引起地表最大沉降的遗传规划模型．研究结果表明：预测值与实测值是一致的,误差小于10％．     

基于深度学习的盾构隧道施工地表沉降预测方法

针对现有盾构隧道施工引发地表沉降预测方法中存在的难以同时挖掘数据之间的非线性特征关系和双向时序信息的问题,通过融合卷积神经网络(CNN)、双向长短期记忆(BiLSTM)与自注意力机制(SA)提出一种基于深度学习的地表最大沉降预测方法(CNN-BiLSTM-SA)。该方法首先利用CNN提取网络输入数据之间的非线性特征关系,利用BiLSTM网络提取输入数据的双向时序信息,然后引入SA机制为CNN提取的特征分配相应的权重,有效捕获时间序列中的关键信息,最后通过全连接层输出最终地表沉降预测结果。以湖南万家丽路电力盾构隧道工程为依托构建地表沉降数据集,并选用ANN、RNN、LSTM、BiLSTM模型开展对比分析。研究结果表明：评估指标CNN-BiLSTM-SA的平均绝对误差(MAE)、均方根(RMSE)、决定系数(R2)、平均绝对百分误差(MAPE)均为最优,具有更好的地表沉降预测性能。     

盾构法隧道施工地表变形的小样本智能预测

以盾构施工监测所得地表位移资料为学习样本,通过选择合适的人工智能神经网络结构及其相关参数建立预测模型,在小样本训练的情况下,预测下一步后续施工的地表变形位移.通过时间窗滚动多步预测,可以获得盾构工作面前、后方测点在近数日之内任意一天的地表变形位移,并自动绘制盾构推进中沿隧道纵轴方向的隆/沉历时曲线.以上海市地铁明珠二期南浦大桥站附近交叠隧道上行区间盾构推进施工期间的工程实例验证,表明按本文建议方法的预测结果与实际的施工监测值吻合良好.     

考虑盾构施工扰动土体固结的地层沉降计算

为解决以往盾构隧道的地层沉降计算不考虑施工扰动土体的固结沉降对总沉降的影响而使得计算结果偏小的问题,通过对盾构隧道施工致周边土体的扰动机理分析,指出盾构上方一定范围内的被扰动土体为欠固结土,应用欠固结士的沉降计算理论,得出了考虑盾构扰动周边土体固结影响的隧道沉降计算修正方法.与工程实测值的对比结果表明,地层沉降计算修正方法的计算结果更符合工程实际,工程应用上偏于安全,该成果对于盾构隧道施工的地层沉降预测与控制具有一定的参考价值.     

隧道渗流引起的孔压变化及地层和隧道沉降

基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.     

盾构隧道衬砌结构小角度斜穿地裂缝的破坏机理

从西安地铁1 #线工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的物理模型试验管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明:盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的变形破坏模式为剪切变形为主,局部有扭转变形;结构破坏范围为上盘1.25D,下盘0.75D(D为管片环外径);管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱底位错量大于拱顶和拱腰,拱底最大位错量达40 mm(0.033D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.1667 D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境     

盾构隧道穿越土坝的地层沉降控制

在盾构施工技术中,如何控制地层沉降,避免影响隧道上方建筑物,一直是人们非常关心的问题。虽然盾构及管片与其周围土体的耦合作用极其复杂,但对盾构扰动土体的变形分析和计算可为控制地层变形提供理论依据;规范盾构施工操作程序,可减少非正常地层损失;正确选择同步注浆和壁后注浆的材料、配比及工艺,可最大限度地填充建筑空隙;预先注浆和复注浆加固隧道上方土体,可减少土体扰动和固结沉降量。     

江底盾构隧道施工期流固耦合分析

渗流场对于高水压条件下施工期间水下盾构隧道结构及围岩应力场有很大影响.采用有限元方法,通过对江底盾构隧道施工期渗流场单场数值模拟和流固耦合分析,获得施工期渗流场分布特征、围岩位移场分布及衬砌背后孔隙水压分布等,对比分析了双洞同时开工及先后施工的隧道开挖断面周边位移、孔隙水压变化等差异,并提出高水压下隧道地下水排导方式,所得结论可为类似工程的设计施工提供了有益参考及依据.     

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。     

基于随机介质理论的大型泥水盾构施工地表变位预测及控制

给出了采用随机介质理论计算隧道施工引起地表位移和变形的公式及相应参数反分析方法.结合上海长江隧道超大型泥水盾构推进工程,采用随机介质理论对上行线隧道穿越民房段前试验段的地表沉降监测数据进行了计算分析.预测了2条隧道单独及共同施工引起的横向地表变形和位移,评估隧道施工对周围环境的影响程度及分析了地表变位主要影响因素,据以合理地制定了民房段施工地表变位控制措施(包括泥水压力、同步浆量和推进速度).通过实例分析证明了预测方法和控制措施的科学性和有效性,具有一定的实用价值.     

地基不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响

应用有限元软件ANSYS研究了地基基础不均匀沉降对上部结构内力和变形的影响．将结构的柱脚和支座简化为固定端，通过在不同的支座处预先施加给定的位移，来模拟分析地基基础不均匀沉降的影响．以深圳市少年宫“水晶石大厅”为例，研究了几种典型情况．分析表明，地基不均匀沉降方式及沉降量的大小对上部结构内力和变形有显著影响，且结构物的柱距直接影响柱的轴力．