盾构施工对地表及建筑物沉降影响分析

当盾构隧道下穿城市建筑物时,因隧道周边土体与建筑物间存在相互作用效应,盾构施工诱发的地面沉降必然与其穿越无建筑物的自由地层有所不同.为此,通过大型通用有限元软件ANSYS对无锡地铁1号线盾构区间部分风险点建立了三维有限元模型进行数值分析,并将计算结果和现场实测数据对比,揭示了盾构施工扰动对地层位移场以及建筑物隆沉的影响规律.     

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。     

土压平衡盾构土仓压力对地表沉降的影响

以广州地铁4号线盾构施工为工程背景,采用三维数值分析方法和现场测试等手段,对土压平衡盾构土仓压力变化引起的地表沉降变形规律进行了系统研究。结果表明:随着土仓压力的增加,掌子面后方地表沉降在减小,而掌子面前方地表隆起却不断增加,隆起一般出现在掌子面前方10 m范围内;当土仓压力处于超平衡状态时,地表隆起值增大,地表沉降值减小,且沉降减小量远大于隆起增加量;就地表沉降量而言,超土压平衡引起的地表沉降量最小。在满足盾构前方土体不被破坏的前提下,增加土仓压力是减小地表沉降的有效手段。     

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。     

曲线盾构隧道施工地表沉降分析

目的研究盾构法隧道曲线段施工过程中产生的不均匀地表沉降,提高对隧道曲线段地表沉降的预测及计算能力.方法以马来西亚吉隆坡某地铁隧道区间盾构施工为案例背景,通过现场试验、拟合计算及二维数值计算等方法,研究曲线隧道地表沉降计算,分析地表沉降、千斤顶推力等因素之间的关系.结果在经典的隧道施工地表沉降经验计算公式的基础上提出了修正公式,该修正公式更适合于预测计算曲线盾构隧道施工的地表沉降,最大误差值在4%以内.同时给出了地表不均匀沉降量与盾构不均衡推力之间的关系式.结论笔者提出的曲线盾构隧道地表沉降计算公式优于经典的地表沉降经验计算公式,可更准确的描述曲线盾构隧道施工过程中地表沉降槽的形态.     

城市地铁盾构施工地表沉降研究

文章以广州地铁三号线东延段某断面现场工程地质、设计隧道埋深以及隧道结构设计等情况为依托,对盾构施工地表沉降进行了数值模拟分析,并通过与检测数据相比,得出地铁盾构引发地表沉降的规律,能够给类似城市地铁盾构施工的图纸设计和施工方案提供一定的借鉴意义。     

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。     

盾构推进和地表沉降的变化关系探讨

根据上海某超长盾构隧道工程监测的实践,介绍了盾构隧道监测的一般内容：地表沉降和地下管线安全监测;地面房屋沉降和倾斜观测;水位测试;土体水平位移监测和局部地段隧道沉降、净空收敛监测。并从几个方面对监测数据作了详细的分析,得出了盾构推进方向和隧道纵向的沉降变化及隧道横向沉降槽的变化规律,同时分析了盾构切口距建筑物沉降点距离和沉降量的关系,最后得出了盾构推进和地表沉降的变化规律,提出了地表沉降的5个阶段,即：前期沉降阶段;开挖面前的隆沉;通过期间沉降阶段;盾尾间隙沉降阶段和后期沉降阶段。     

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.     

地形不对称条件下盾构隧道掘进施工的地表沉降特性

为解决盾构隧道掘进施工的地层扰动效应及其周边环境影响问题,依托福州地铁5号线农洪区间隧道工程,考虑刀盘顶推力、刀盘摩阻力、盾壳摩擦力和同步注浆压力,对其掘进施工过程展开精细化数值模拟,并与实测地表沉降结果进行对比分析.进一步地,引入宽度修正系数α,提出沿江不对称地形条件下的修正Peck公式;同时开展16种不同地形条件下的数值模拟,探讨岸坡距离与拱顶埋深对地表沉降特性的影响.结果表明：最大地表沉降S_max和宽度修正系数α,均随着岸坡距离和拱顶埋深的增大,呈近似线性的负相关趋势.上述研究可为类似条件下的盾构隧道施工提供借鉴.     

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.     

浅覆土盾构隧道施工引起地表沉降规律研究

为研究浅埋大直径土压平衡盾构施工穿越砂卵石地层造成的地表沉降规律,以北京新机场线9m直径土压平衡盾构隧道为背景,对10m、12m、13m、15m四种覆土厚度下的地表最大沉降、沉降槽宽度、地层损失率进行了对比分析,并用Peck公式进行拟合。分析结果表明：相同施工参数下,隧道上方地表最大沉降和地层损失率随覆土厚度增加而减小且成拱覆土厚度附近存在变化速率的突然改变;深埋隧道测点沉降稳定时间较短,约为2天,浅埋隧道时间较长,约为4天;实测沉降槽宽度及沉降槽拟合曲线的宽度系数与隧道覆土厚度相关性不明显,实测沉降槽宽度约为隧道中线两侧1.5D范围(D为开挖直径);实测地层损失率与通过Peck公式反算的地层损失率都随隧道覆土厚度增大而减小。     

不同渗漏盾构隧道渗透特性及地表沉降研究

渗水是盾构隧道长期运营阶段的常见病害,这可能引发严重的地表沉降从而诱发灾害。以南宁市轨道交通一号线下穿粘土、粉土、砂土及圆砾土四种典型土层为工程背景,建立三维数值分析模型,考虑环缝和纵缝的渗水影响,在四种不同渗漏条件下对不同土层中的渗透特性及地表沉降进行分析。研究发现:环缝渗水对地表沉降、孔压分布及渗水流量的影响远大于纵缝渗水;土层的渗透系数不影响最终沉降量,但影响沉降达到稳定的时间,二者成反比;沉降稳定后的孔压分布主要由渗漏条件决定,不随土层变化;沉降稳定后的渗水流量与土层的渗透系数成正比。在同一规范限值渗水流量下,渗透系数越小的土层地表沉降越大,因此单独以规范流量限值是不能有效控制地表沉降的。     

考虑土拱效应的盾构隧道施工地表沉降规律研究

在盾构隧道施工中,易因地层损失引起地面沉降。在PECK公式中,假定地表沉降槽面积等于地层损失,忽略了土体在开挖前后应力状态的变化而产生的变形,从而产生误差;在隧道拱顶,因土体的不均匀沉降形成土拱,部分土体自重应力被转移到邻近的土体而出现应力释放,引起土体回弹,因此土体沉降槽面积小于地层损失。基于此,本文提出了一种考虑隧道拱顶土体卸荷回弹后的沉降槽面积计算方法,并据此对PECK公式的地表沉降计算方法进行了修正。     

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。     

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．     

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。     

盾构施工对已有建筑物基础沉降的影响分析

以郑州市盾构施工区实际土质情况为背景,采用数值仿真分析软件FLAC 3D,就盾构隧道对邻近已有建筑的影响进行数值模拟分析,从而讨论隧道与建筑物间距及埋深等因素对基础差异沉降的影响.计算结果表明,当隧道近距离穿过筏基下的土层时,隧道中心偏离筏基下中心线越远,不均匀沉降差越大,但超过一定范围,又逐渐减小.同时,考虑沉降量和整体倾斜两个特征变形允许值给出了可以忽略盾构施工对建筑物沉降影响的隧道位置范围.     

盾构隧道施工引起地表沉降的Peck公式预测方法修正

Peck法是目前预测地铁盾构隧道施工引起地表沉降最简便、应用最普遍的方法。但由于Peck法的应用存在一定局限性,套用不同地区的经验往往会产生误差,所以应基于当地的实测数据对其进行修正。根据南宁轨道交通盾构隧道施工引起地表沉降的监测数据,采用回归分析方法并引入最大地表沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β,对Peck公式修正,得出了适于南宁地区圆砾、粉砂和粉土地质条件下的Peck公式。结果表明:当α值位于0.6~1.0,β值位于0.4~0.8时,所得的修正后Peck预测曲线与实测的地表沉降数据更为符合。