基于地层损失理论的盾构隧道沉降分析及控制措施研究

对于盾构隧道施工产生的地表沉降的预测及控制一直是工程界亟待解决的难题。本文依托南京市地铁3号线明发广场站～绕城北区间隧道的工程实例,运用地层损失理论及现场监测等手段进行了盾构隧道沉降分析,并对其沉降控制措施进行了研究,结果表明：盾构隧道施工过程中引起的地层损失是导致地表沉降的主要原因;地层损失理论中的peck公式适用于粘土层和砂岩层中盾构隧道沉降预测,其精确度满足工程要求;盾构隧道沉降的影响因素较多,且在整个盾构施工过程中各个阶段产生的沉降机理、规律各不相同;通过注浆加固、严格控制盾构机姿态、管片组装质量可减小地应力损失,减小盾构施工引起的地表沉降。所得结论对于类似工程有极大借鉴意义。     

盾构施工引起的地表沉降规律分析

以钱江通道接线工程过江隧道为背景,采用经验公式法和有限元数值模拟方法研究分析盾构隧道施工引起的钱塘江北岸标准海塘地表沉降规律,比较两种方法的计算结果,验证了有限元数值模型的合理性,为隧道工程的顺利实施提供参考依据。     

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。     

砂卵石地层地铁隧道盾构施工地面沉降控制探讨

随着我国城市化的快速发展,地铁成为了大中城市的重要交通工具。在地铁施工建设中,采用盾构法施工时遇到富水砂卵石地层,由于地质条件的特殊性,盾构穿越卵石层极易引发地面沉降,严重则会引发周边管线、建（构）筑物破坏,如何控制因盾构在砂卵石地层掘进而造成地面沉降是施工的重点。文章结合兰州轨道交通2号线盾构施工的工程实践,采取超前地质加固等控制措施,并辅以信息化手段进行安全风险管控,较好地解决了砂卵石地表沉降的问题,提高了地铁工程建设的成效。     

砂粘复合地层盾构隧道施工地表横向沉降分析

文章依托广州地铁二号线洛溪—南浦区间盾构隧道工程,选取其中处于砂粘复合地层的六个监测断面对其横向沉降进行研究;选择能反映沉降槽偏移的高斯峰值函数拟合实测的沉降数据,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量等横向沉降特征的重要参数,并对监测断面的沉降槽对称性进行分析;根据现有的沉降槽宽度系数预测理论,提出了更适合砂粘复合地层沉降槽沉降系数的计算方法,并与拟合值进行了比较; 与软土地层,砂砾土地层的沉降槽宽度系数对比,结论表明在等效洞泾比相近的情况下沉降槽宽度：软土地层＞砂粘复合地层＞砂砾土地层。     

Peck公式在双线盾构隧道施工地层变形中的适应性分析

收集了杭州地铁1号线盾构隧道、武汉长江盾构隧道引起的地层变形实测数据,对双线盾构隧道施工引起的地表变形规律进行了研究.采用Peck公式对14组数据进行了拟合分析,并给出了杭州和武汉地区双线盾构隧道施工地层变形预测的相关参数.研究结果表明,经典的Peck公式在分析和预测单线及双线盾构隧道施工地表变形中仍然适用,修正后的Peck公式是经典公式的有效补充,对预测双线盾构隧道引起的地层沉降具有重要意义.     

软土地层小净距隧道盾构施工地表沉降规律分析

在软土地层中,针对小净距盾构隧道施工的地表沉降规律分析,对保证安全施工与控制地表沉降具有重要的意义.以苏州地铁4号线软土地层为例,根据现场条件,设计监测断面,对比单洞与双洞施工的地表沉降的变化规律,并进行分析,得出了以下结论:后行洞施工对先行洞的影响是一个挤压、剪切与拉伸的过程,地表沉降量也随之增减;随着后行洞掌子面向前推进,先行洞地表土体纵、横向沉降量先增大和后减小;先行洞施工后形成的扰动圈,使得后行洞的地表沉降量始终大于先行洞的沉降量.     

曲线并行盾构隧道施工控制研究

借鉴日本东京都一急曲线盾构隧道工程顺利实施的应对措施,依托珠海城际轨道交通工程,重点分析采取缩短盾构机长度的措施对曲线并行盾构隧道施工的控制效果.在ABAQUS中建立三维面面接触以模拟管片环间的相互作用,建立纵向螺栓与管片间的特定约束以模拟斜螺栓的安装,实现了可考虑楔形管片环缝接头特性的曲线并行盾构隧道掘进精细化模拟....     

砂黏复合地层盾构隧道施工地表横向沉降分析

依托广州地铁二号线洛溪—南浦区间盾构隧道工程,选取其中处于砂黏互层地层的六个监测断面对其横向沉降进行研究。选择能反映沉降槽偏移的高斯峰值函数拟合实测的沉降数据,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量等横向沉降特征的重要参数;并对监测断面的沉降槽对称性进行分析。根据现有的沉降槽宽度系数预测理论,提出了更适合砂黏互层地层沉降槽沉降系数的计算方法;并与拟合值进行了比较。与软土地层、砂砾土地层的沉降槽宽度系数对比,结论表明在等效洞径比相近的情况下沉降槽宽度:软土地层砂黏互层地层砂砾土地层。     

砂卵石地层盾构穿越铁路的施工效应分析

砂卵石是一种典型的力学不稳定地层，盾构在此不利条件下安全穿越铁路困难较大。采用数值分析技术对无水砂卵石地层中土压平衡盾构推进引起的地层响应进行了模拟，并和现场实测的地层变形进行了比较和分析，提出了进一步减小地层变形的措施，并应用于工程实践，取得了良好的效果，确保了在列车“不限速、不慢点”、不预先加固的条件下成功穿越京九、柳西铁路。     

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.     

盾构隧道拱顶渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响

通过建立三维隧道数值模型研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。基于渗流侵蚀试验,应用强度及刚度折减法定性模拟渗流侵蚀过程;建立盾构隧道施工模型,通过对比数值模型与现场实测数据验证数值模型的可靠性;研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。结果表明:拱顶部位渗流侵蚀引发的地表沉降量呈指数增长趋势;侵蚀过程的卸载作用使管片明显上抬,管片错台量逐渐增大;渗流侵蚀扩散范围越大,地表沉降及管片结构变形越大。     

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.     

盾构穿越软硬复合地层开挖面稳定性分析

盾构穿越复合地层尤其是上软下硬地层时,开挖面失稳形式多样、受力机理复杂,由于开挖面失稳而导致的工程灾害时有发生.依托佛莞城际铁路隧道工程,构建三维有限元数值模型并引入参数地层复合比对部分楔形体理论进行改进,分析盾构穿越上软下硬地层时不同地层复合比和软土内摩擦角对开挖面稳定性的影响.研究结果表明:盾构开挖面最大变形出现在...     

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.     

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。     

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.     

北京地铁洞桩法车站地表沉降变位控制分析

以北京地铁6号线洞桩法车站为工程背景,首先在现场实测数据分析的基础上对北京地区暗挖车站地表沉降值进行预测;然后选取Cam-clay(修正剑桥模型)对北京地区洞桩法地铁车站地表沉降规律进行分析;最后基于变位分配法对洞桩法地表沉降的位移控制进行分阶段处理,实现地表沉降分阶段控制的目标.结果表明:北京地铁6号线洞桩法车站地层损失率V1均小于1%,地表沉降槽宽度参数K为0.65~0.8;小导洞开挖(施工步序1)和二衬扣拱施作(施工步序3)引发的地表沉降所占比例之和近80%,施工步序1、3对控制地表沉降具有重要意义;现场实测和数值计算的结果基本吻合,地表沉降最大值均出现在车站中心线上方.     

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.