上软下硬地层隧道盾构施工地表沉降影响因素及规律研究

为研究盾构隧道穿越上软下硬地层时,开挖面内不同土岩厚度比对地表沉降的影响,以贵阳轨道交通3号线某区间隧道为工程背景,保持隧道埋深和双线隧道间距不变,建立7种工况下的三维有限元模型,通过与实测数据对比分析得到沉降规律,并利用双线隧道的44组地表沉降数据,拟合出适用于当地复合地层的Peck分段公式。研究结果表明:从整体看,数值模拟的沉降曲线均为W形,地表最大沉降位于先行隧道上方;穿越红黏土层时地表更易受到扰动而产生不均匀沉降,随着土岩厚度比的减小,模拟曲线对称性增强,左右隧道的沉降差缩小,整体沉降值基本表现为减小趋势;总结土岩厚度比与修正系数的关系,图表显示Peck分段公式能较好地预测贵阳上软下硬地层的沉降规律。

上软下硬地层盾构开挖面稳定性计算模型

针对上软下硬地层失稳特点,在假定开挖面附近因土体失稳而由软硬地层分界线先向上诱发形成部分楔形体、再呈倒圆台状向地面发展的基础上,提出开挖面稳定性计算模型。先基于极限平衡法提出部分楔形体计算模型;再依据修正后的楔形体计算模型,分别计算上覆土压力和开挖面前方部分楔形体的受力;最后依托青岛地铁6号线某区间工程开展数值模拟,验证理论模型。结果表明:不同支护应力比条件下的土体变形范围有所差异,土体变形主要发生在开挖面前方和上方并呈泡状延伸;数值模拟得到的开挖面失稳形态基本符合理论计算模型的假定形状;理论计算得到该例盾构开挖面极限支护应力比为0.21,与数值模拟的误差率为5%;当开挖面支护力小于极限支护力时,上软下硬地层开挖面水平变形会突然迅速增大;开挖面附近的岩土体变形主要发生在上部软弱部分,最大水平位移出现在上部软土中心附近,开挖面上土体最大水平位移与开挖面上方地表最大竖向位移间的相关性较高,两者变形规律类似。

上软下硬地层盾构下穿既有隧道扰动变形研究

针对上软下硬倾斜地层中,盾构下穿既有地铁时的管片变形控制问题,以武汉轨道交通7号线下穿既有2号线工程为背景,采用三维数值模拟方法和离散元软件3DEC建立地铁2号线管片模型,同时使用FLAC3D软件进行三维数值分析,探讨新建隧道与既有隧道间距、地层倾斜和注浆填充对既有地铁及周边地层的影响。分析结果表明:既有隧道沉降值受地层条件和隧道间距影响显著,尤其在新建盾构隧道与既有隧道距离较近时;既有地铁管片加固和新建隧道注浆填充对控制上软下硬地层条件下新建隧道近接下穿既有隧道的沉降变形具有显著效果。在新建盾构隧道施工前需对既有地铁管片的前期变形量进行准确分析,确保既有隧道安全,且加固和注浆填充措施对于类似工程的变形控制至关重要。

上软下硬地层地铁盾构施工地表沉降模拟分析

为了研究上软下硬地层地铁盾构掘进引起的地表沉降规律,以某地铁工程大岭山东站—松山湖站区间盾构掘进项目为依托,通过实测和数值模拟,对比分析上软下硬地层盾构掘进及硬层比对地表沉降规律的影响。结果表明:单双线盾构掘进地表横向沉降规律分别呈V形和W形变化;盾构掘进时对前后地表变形影响的范围约为40 m,其中前方5 m至后方15 m范围内的地表沉降变化率最大;地表沉降随地质硬层比的增加逐渐减小,硬层比为16.7%~83.3%时,地表沉降变化较大,可将硬层比83.3%、16.7%作为上软下硬复合地层研究的上下限。

上软下硬地层CSM整体式止水帷幕施工关键技术

上软下硬地层且富水环境中,基坑止水帷幕的施工质量直接影响基坑开挖安全和变形控制。依托青岛市地铁7号线周村站深大基坑工程,从施工机械、施工方法和信息化角度探讨CSM工法,形成整体式止水帷幕施工关键技术。系统研究了CSM刀盘选型与配置,浆液材料配合比,双轮铣头多点喷浆技术及注浆参数,浆液制备、存储方法,跳打搭接循环施工方法,以及CSM钻进全过程数据信息化监测方法。基于现场监测结果,CSM工法水泥土墙深基本超出设计墙深0.5%,基坑开挖过程外围水位最大降深为1.5m,右邻省道最大沉降值为13.1mm,基坑开挖安全,表明CSM整体式止水帷幕适应性强、成墙质量好。

上软下硬地层近距离下穿既有盾构区间注浆加固关键技术

依托广州某新建大直径盾构隧道下穿既有盾构区间项目,研究了在富水花岗岩地层中复杂周边环境条件下的地层加固技术以及下穿过程中的关键施工措施。结合施工条件,对新建盾构区间采取水平定向钻注浆、先行洞预留注浆孔注浆、盾构机超前注浆结合的主动注浆方式;对既有线进行预注浆加固的被动注浆方式。施工过程中,采用控制掘进参数、渣土改良、同步克泥效等控制手段,保证了盾构下穿过程的顺利进行。

上软下硬地层双轮铣+液压抓斗组合快速成槽施工技术研究

文章以武汉轨道交通5号线复兴路站为依托,针对上部为黏土、粉土等软土,下部为中风化石英砂岩等硬岩的地质状况,综合多种必选成槽施工工艺及其组合工艺,最终选择液压抓斗+双轮铣组合施工地下连续墙槽段,探寻液压抓斗与双轮铣如何配合衔接,能够快速成槽。通过实践,最终达到在上软下硬地层中快速成槽的效果,形成一套成熟的快速成槽施工工艺,为今后类似施工工况提供借鉴。

上软下硬地层盾构隧道施工控制技术

为解决上软下硬地层中盾构施工遇到的问题,采用理论分析的方法,并结合具体工程实例,通过分析土仓压力、推力、刀盘转速和掘进速度等掘进参数,验证施工措施的合理性。结果表明在上软下硬地层中,盾构施工采取“满土仓、小推力、低转速和慢掘进”的施工控制方法,能够满足地表沉降规范要求。文中研究结果可为相似地层中盾构隧道施工提供借鉴和参考。

上软下硬地层中大直径竖井机械化施工方法

针对上软下硬地层中大直径竖井机械化建造困难的问题,以深圳大坪区间2标段2#工作井为背景,提出一种适用于上软下硬地层的大直径竖井机械化施工方法。该方法在软岩段采用CJM沉井掘进机进行施工,在软硬交界段进行工法转换,在硬岩段采用机械破岩方式施工。本文对前述大直径竖井机械化施工方法的施工流程、关键施工技术进行详细研究,并对其预制拼装竖井结构设计理论进行研究,提出一种大直径竖井装配式井筒结构设计方案,最后对大直径竖井机械化施工过程中井筒结构内力和周围地层影响进行研究,结果表明该方法对竖井周围地层影响较小,井筒结构受力最不利位置位于土岩交界面以上附近位置。

上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术

针对上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术需求,融合双侧壁导坑法和拱盖法,提出一种适用于上软下硬地层的浅埋大跨地铁车站施工方法。在提炼出一些创新技术内容的基础上,开发出一套上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术。通过工程应用案例示范,给出了具体施工工序和施工参数。

适用于上软下硬地层的地铁盾构钢套筒始发技术应用分析

盾构始发是盾构施工的关键风险源,尤其是上软下硬地层地质条件下的盾构始发。以南京地铁7号线西善桥出入场线工程为例,从下半部分钢套筒安装、反力架安装、盾构机下井组装调试、上半部分钢套筒安装、盾尾油脂涂抹、负环管片拼装、钢套筒内砂料回填、套筒内压力测试、上软下硬地层始发掘进参数等方面分析钢套筒始发技术的应用。该技术的采用,不仅解决了端头加固质量差条件下的盾构始发掘进安装问题,还降低了上软下硬地层中小间距始发易造成隧道内侧结构变形、地表二次沉降的风险。实践证明,在上软下硬地层始发掘进,一定要保证钢套筒的密封性,在掘进过程中根据掘进断面硬岩比率,及时调整盾构掘进参数。

上软下硬地层盾构始发风险与预控措施

盾构始发是盾构施工过程中必不可少的重要环节及关键节点,始发安全风险及预控管理已成为非常重要的工作。结合广州市轨道交通十三号线二期庆凰区间盾构隧道工程实际,按照事前、事中、事后安全风险控制体系,采用盾构端头加固、地质补充勘察、短套管辅助始发、盾构监控系统、监控量测等手段及措施,有效的提高了施工现场安全风险管控管理,预防及降低了复合地层条件下盾构始发安全风险,实现了岩溶区砂层直接覆盖在微风化灰岩的上软下硬地层盾构安全始发,对类似地层的盾构始发具有借鉴意义。

上软下硬地层矩形顶管施工关键技术探讨

以往矩形顶管工程在上软下硬地层中顶进的案例较少,且相关的技术措施总结较为缺乏。对以往工程案例进行分析,发现在上软下硬地层中矩形顶管施工存在刀具易磨损、机头向软弱土层偏移、姿态难控等问题。依托南京南站北广场地下行人过街通道工程,为应对上软下硬地层中顶管施工的难点,对顶管机刀具、壳体及土仓进行了改造,并对土层下方所遇硬岩层实施钻孔破碎的预处理措施。该工程的顺利贯通验证了所采取的施工技术措施有效可行。

上软下硬地层盾构施工技术应用

上软下硬地层盾构施工技术是一种在地下软土层和硬岩层之间切换施工的技术,广泛应用于地铁、隧道和地下管道等工程领域。盾构技术有助于克服软土层和硬岩层施工过程中的困难,提高工程施工效率和安全性,在软土层中盾构机能够通过千斤顶和支撑系统来稳固地掘进,而在硬岩层中,盾构机则能够利用刀具和钻头等工具进行强力切割,实现对岩石的快速开挖。基于此,本文围绕上软下硬地层盾构施工技术应用相关内容开展探讨,先阐述上软下硬地层本身的特征,然后分析盾构施工的难点与风险,最后对其技术应用进行研究。

上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究

在上软下硬地层中进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及既有建(构)筑物。文章依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用数值模拟和现场监控量测相结合的方法,利用三维有限差分软件FLAC^(3D)建立了下穿施工过程数值计算模型,分析"八"字形隧道下穿既有道路施工过程中,路面沉降特性及地层沉降规律,并通过现场多种监控量测手段加以对比验证。研究结果表明:地表沉降槽总体呈"人"字型,在隧道间距小于2.0D时,左右隧道拱顶沉降槽叠加效应明显。在隧道间距小于4.0D时,地表沉降有较大叠加;左右隧道开挖引起的上覆地层变形影响范围随深度增加而减小,减小速度随地层深度增加而增加;通过分析模拟过程中每一开挖步引起的地表沉降量,论述了超前支护措施对控制地表沉降的作用,并就超前注浆参数进行对比研究,进而优化了施工工法与支护对策。

上软下硬地层隧道掌子面稳定性及塌方形态

为分析上软下硬地层对新奥法施工隧道稳定性的影响,定义掌子面软弱地层相对厚度系数无量纲参数;应用有限元模拟和强度折减相结合的方法,研究不同相对厚度系数下隧道掌子面的稳定性及其塌方形态。结果表明:软硬地层分界线在掌子面中,软弱地层相对厚度系数越大,稳定性越小;随着软弱地层相对厚度系数的增大,掌子面前方塌方范围扩大,最大位移在掌子面软弱地层中心偏下位置,应力拱的范围在扩大,且传递到掌子面下部的力更大,因此更应注重掌子面下部的加固。黏聚力和内摩擦角对掌子面稳定性的共同影响存在最优路径,沿此路径加固效果最为有效;掌子面稳定性随土体重度、开挖高度和掌子面软弱地层厚度的增大而减小;覆跨比对掌子面稳定性影响存在极值,以此作为确定隧道合理埋深的参考条件之一;地表超载只在浅埋情况下才影响掌子面的稳定性。

上软下硬地层浅埋暗挖隧道覆跨比研究

从强度要求和变形要求两方面分析了具有明显刚度差异地层中浅埋暗挖隧道的覆跨比影响因素。以青岛地铁某车站为例,运用有限元分析方法研究了覆跨比与地表位移的关系,并分析了不同覆跨比下的开挖稳定性。研究表明地层条件是浅埋暗挖地铁车站覆跨比的决定因素;在"微风化～强风化"花岗岩地层中,极限覆跨比不应小于0.419;加固区等效变形模量是影响浅埋暗挖车站开挖环境变形的主要因素。

上软下硬地层隧洞开挖面极限支护力及变形规律

确定隧洞开挖面极限支护力最值在隧洞开挖中极为重要。当盾构机通过上软下硬复杂地层时,若隧洞开挖面支护压力控制不当,极易引起隧洞开挖面失稳,对施工安全构成巨大威胁。针对上述状况,采用引入孔隙水压力修正后的计算模式对某盾构隧洞开挖面极限支护力进行了理论计算,并利用数值模拟方法对上述计算结果进行了验证。对复杂地质条件下盾构施工引起的开挖面变形及开挖面前方地表沉降、隆起规律进行了分析。相关成果可为复杂地质条件盾构隧洞开挖面极限支护力最值的确定及安全施工提供依据。

上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准研究

针对常见围岩级别组成的5组地层,文章通过有限元数值计算对上软下硬地层隧道围岩稳定性量化评价标准进行了详细的分析和系统的研究。首先确定以拱顶位移突变判据和能够反映隧道破坏本质的安全系数作为判别隧道围岩稳定性的双重指标,然后通过大量的数值试验对5组地层组合隧道围岩的自稳性进行研究,并通过自稳曲线来划定围岩稳定性量化分组,从而建立围岩稳定量化评价体系。研究成果对土木工程领域围岩稳定性分级理论标准研究起到了细化和补充的作用,也可作为上软下硬地层隧道支护结构设计、现场施工参考之用。

上软下硬地层盾构隧道围岩应力释放率研究

为解决盾构隧道在上软下硬地层中掘进时开挖面应力释放率难以确定的问题,基于一种既有的体积损失率迭代求解应力释放率的方法,依托广州地铁21号线盾构穿越上软下硬地层实际工程,通过数值模拟研究掌子面不同软硬岩比例、不同埋深条件下的应力释放率变化趋势,并结合现场实测资料进行对比分析。研究结果表明:1)在盾构隧道掘进穿越上软下硬地层分界面的过程中,围岩的初次应力释放率范围基本保持在24%~36%,且随掌子面硬岩比例的增加呈线性增加趋势;2)相对于围岩条件而言,埋深对应力释放率的影响更小。此外,在盾构隧道穿越上软下硬地层的全过程模拟中,根据围岩变化情况随不同开挖步动态调整应力释放率这一做法较全程取一固定应力释放率值更为合理。