软土地区浅埋大直径盾构隧道管片上浮规律及预测:以上海机场联络线工程为例

为探究软土地区浅埋大直径盾构隧道管片上浮规律及其影响因素,依托上海机场联络线浅埋大直径盾构隧道工程案例,基于实测数据分析了盾构姿态变化对管片上浮的影响,揭示了管片上浮量与施工参数之间的相关关系,提出了考虑多因素的管片上浮非线性预测方法。研究结果表明,管片上浮主要可分为脱出盾尾前初始偏差及变形、快速上浮(盾尾5环)、缓慢上浮(盾尾5~15环)和沉降等4个阶段;盾构姿态、管片姿态与超挖是影响管片上浮特性的重要因素;管片上浮量与平均推力、盾构仰角、平均推进速度呈正相关,与上下盾尾间隙差呈负相关,采用多元非线性拟合方式可以综合考虑多因素较好地预测管片上浮量。本文相关研究可为大直径盾构隧道施工过程中上浮预测与控制提供参考。

泥质粉砂岩地层盾构隧道管片上浮影响因素

[目的]盾构隧道穿越富水泥质粉砂岩地层时会出现多环管片整体上浮的现象,导致管片出现破损、错台、姿态超限等质量缺陷。为保证盾构隧道成型质量,需对管片上浮影响因素进行研究。[方法]基于盾构隧道纵向刚度折减理论和管片施工阶段受力特点,建立管片施工期纵向整体上浮有限元分析模型,研究管片衬砌结构纵向刚度及动、静浮力因素对盾构隧道长距离、大范围上浮挠曲变形的影响规律。[结果及结论]管片上浮影响因素主要包括静浮力因素、动浮力因素和姿态控制因素。管片最大上浮量发生在脱离盾尾第5环—第8环处。纵向刚度越小,最大上浮位置越靠近盾尾;纵向刚度越大,隧道越呈现长范围整体抬起现象。当水头高度位于管片顶部以上时,管片上浮量不随静水头高度而改变,且静水浮力造成的管片上浮量不超过30%。管片环最大上浮位置不随注浆压力的改变而改变,注浆压力仅影响管片最大上浮量,且最大上浮量与注浆压力线性相关。

珠海隧道浅覆土段地层注浆加固对管片上浮的影响规律研究

本文针对珠海隧道工程浅覆土段盾构施工期上浮问题,采用ABAQUS有限元模拟软件对地层加固效果进行了研究,模拟考虑未加固和加固的情况,同时考虑盾构掘进过程中掌子面的位置,共设置8种工况,研究了地层注浆加固对隧道上浮、地表沉降、衬砌收敛变形的影响规律。结果显示地层注浆加固有效降低了加固区内的隧道顶部位移、隧道底部位移、隧道上浮量和衬砌收敛变形,盾构同步注浆压力会影响地层注浆加固效果。

宁波地区复合地层盾构管片上浮影响参数研究

管片上浮作为盾构隧道施工中的一大难题,不仅直接影响着隧道的施工进度和质量,还可能对周边环境和地下管线造成严重影响。为分析不同参数对盾构管片上浮规律的影响,文章利用数值模型软件,建立了系列模型,分别对不同地层属性、浆液性质及隧道埋深下盾构管片的上浮规律进行研究。结果表明:随着浆液重度的不断增大,管片最大上浮量受其影响程度也逐渐增大,不同浆液重度对管片顶部与底部上浮量差值的影响不大;相同土层条件下,管片最大上浮量随隧道埋深的增加而减小,隧道埋深每增加1m管片上浮量减小约1.9mm;随土层黏聚力或内摩擦角的增大,管片上浮量的数值与变化率均逐渐减小,且管片上浮量对内摩擦角敏感性相对更大。

临海富水地层大直径盾构隧道管片上浮机制及控制措施

为了探明临海富水复杂地层中大直径盾构隧道管片上浮机制并采取相应的控制措施,以福州滨海快线地铁项目为工程依托,建立了盾构机-管片-浆液-地层多因素耦合作用数值计算模型,分析了不同浆液压力分布形式下浆液-管片相互作用模式及管片上浮机制,之后通过浆液配比室内试验和现场实际应用筛选获得了壁后浆液的最佳材料配比,并进行了壁后注浆工艺改进。结果表明:浆液压力分布形式的变化对盾尾后第1环管片的上浮位移影响最大,外部浆液压力分布形式的变化对于管片上部和下部的上浮位移差影响较大,而对两侧部位的影响较小;管片下部浆液压力分布形式的改变对于靠近盾尾的相邻两环管片环间错台影响最大,管片上部浆液压力较大时,管片结构各处的轴力和弯矩整体较小,管片上部负弯矩分布范围及下部负轴力值较小;浆液水胶比和胶砂比的增加会使得浆液的稠度、流动度和初凝时间随之增加,但是粉水比却与上述3个物理指标间存在显著的负相关特性;每立方米浆液拌制过程中加入5 kg减水剂,台车砂浆罐内拌入0.5 kg速凝剂,管片上部2个注浆孔注射入40%的浆液,中部和下部两个注浆孔分别注射入30%的浆液,同时在脱出盾尾后的管片上部开孔快速注入水玻璃,能显著降低管片上浮位移。

济南地区盾构隧道运营期间管片上浮控制技术研究

盾构管片上浮对成型管片质量控制影响巨大,上浮急剧地段会造成管片严重错台、破损、渗漏水等质量问题,影响隧道运营期间正常使用和安全。结合济南地铁3号线某区间盾构隧道运营期间管片上浮应急处置工程实例,经分析研究管片上浮形成原因,形成一系列控制管片上浮施工技术。经过现场施工操作,表明该控制技术对管片上浮控制效果明显,可为类似地质条件下工程应急处理施工提供参考。

砂卵石地层大直径盾构始发管片上浮风险控制研究

随着我国道路交通工程的快速发展,传统道路施工已无法满足快速发展的社会经济要求,桥隧道路施工开始普及,且我国隧道建设技术愈加成熟,大直径甚至超大直径盾构隧道越来越常见。为有效控制砂卵石地层大直径盾构始发管片上浮风险,本文以实际案例为抓手,结合实际工程中管片上浮风险情况,分析管片上浮风险原因,旨在探究砂卵石地层大直径盾构始发管片上浮风险控制对策,以其为类似工程提供参考。

黏土地层中控制盾构隧道管片上浮技术研究

近年来,在我国城市地铁建设中,穿越黏土地层的盾构隧道施工时,管片上浮的现象越来越突出。衬砌管片受力是否均匀、同步注浆材料配置是否合理以及盾构隧道管片覆土层厚度大小均对管片上浮有较大影响。通过模拟受力状态和试验统计分析,详细探讨了盾构掘进过程中管片上浮的机理及其相关控制技术,并给出有效控制措施,为后期黏土地区盾构隧道施工提供有效指导和参考。

泥岩地层盾构隧道施工管片上浮影响因素分析

为进一步优化泥岩地层盾构隧道施工技术,保障隧道结构及周边环境安全,本文以成都轨道交通30号线工程为例,对泥岩地层盾构隧道施工管片上浮影响因素进行分析。结果表明:在盾构施工过程中,管片上、下端面的摩擦系数对管片上浮影响最大;在土仓压力一定的情况下,上覆土层越厚,管片上浮量越大;在泥岩地层盾构施工中,注浆压力越高,管片上浮量越大。此外,本文还提出了一些具体措施以减小管片上浮,以期为泥岩地层盾构隧道施工技术优化提供一些理论基础和技术参考,从而更好地对泥岩地层盾构隧道进行施工。

泥岩软化崩解对盾构管片上浮的作用研究

为研究泥岩地层盾构掘进时的管片上浮机理,以成都地铁泥岩地层盾构施工项目为背景,对其泥岩试样开展了室内吸水崩解试验,得到了泥岩崩解量和时间关系曲线,建立了管片上浮的数值模拟模型,进行了管片荷载与上浮量的分析计算,归纳总结了泥岩崩解对管片上浮的影响规律。结果表明:盾构施工中,泥岩急速崩解发生在吸水后45min之内,此时同步注浆浆液未完全凝固,泥岩软化层极大减弱了隧道围岩对管片上浮的抑制效果;同时,泥岩吸水影响注浆浆液的水化,注浆压力差是导致管片上浮的主要原因,泥岩的软化崩解特性所带来的影响也是不可忽略的因素。

大直径盾构隧道施工阶段管片上浮与受力研究

基于对大直径盾构隧道施工阶段管片上浮原因的分析,文章对长沙市南湖路湘江公路隧道典型管片断面上浮情况进行了介绍。基于此,对管片截面进行力学分析,结合弹性力学方法并考虑管片在上浮力作用下对上覆浆液体或土体的压缩作用,计算得到管片最终上浮量。通过对上浮计算参数敏感性分析,得出地质条件、浆液质量、螺栓剪力、千斤顶残余分力等计算参数对管片最终上浮量的影响。之后,基于工程实例验证了上浮量计算公式的合理性,反推得到了管片截面所受上浮力。最后,基于研究结论与工程实践,提出了有针对性的抗浮措施。

粉质黏土中大直径泥水盾构隧道管片上浮及错台现场测试分析

与一般城市地铁隧道相比,大直径盾构隧道管片面临的上浮问题愈加突出。为研究大直径盾构隧道施工期管片上浮及错台发展规律及其影响因素,依托济南黄河隧道工程,对管片上浮、错台及收敛变形进行监测研究。基于监测结果及施工参数,分析管片上浮和错台发展规律,横、纵向上浮分布特征及管片收敛变形规律,并对上浮与错台、施工参数进行相关性分析。在此基础上,指出管片上浮及错台的关键控制区域并提出控制措施。研究结果表明:大直径泥水盾构在以粉质黏土为主的地层中掘进时,管片上浮过程可分为初始变形(拱底上浮占比35%)、快速上浮(拱底上浮占比40%)、平缓上浮(拱底上浮占比30%)和缓慢沉降(拱底沉降占比5%)4个阶段。管片从拱顶到拱底上浮量线性递增,上浮量占比及竖向收敛变形在纵向上呈指数型发展,且上浮受掘进速度、上部盾尾间隙影响较大。管片距盾尾0.5D内收敛变形速率较大,距盾尾1.6D时收敛变形趋于稳定。管片错台与上浮线性相关,且错台发展过程可分为:快速减小(环缝距盾尾-2~1 m)、增长(环缝距盾尾1~14 m)和稳定3个阶段。盾尾后方1~4环为管片上浮和错台的最佳控制区域。研究成果对于大直径盾构隧道上浮和错台导致的隧道管片受力研究及现场保护具有参考价值。

盾构管片上浮量理论计算模型及上浮控制措施研究

盾构管片上浮会导致管片错台、破损,降低隧道的整体结构强度、防水性能及使用寿命。在建立管片受力模型的基础上,通过分析管片的受力状态建立了管片上浮的理论计算模型。以北京地铁新机场线3号风井至草桥站盾构区间为背景,对该区间管片异常上浮的原因进行了分析,通过改良同步注浆浆液性能有效地控制了管片的上浮量,并对改进前后的浆液特性进行了试验,最后基于浆液试验结果和理论计算模型对管片上浮量进行了计算。研究结果表明:管片上浮量的理论计算结果与实测值较为吻合,本文的理论计算模型具有较好的准确性;管片在脱出盾尾后的短时间内会大量上浮,缩短浆液初凝时间、提高其早期强度是控制管片上浮的有效措施。

基于理想点法的盾构隧道管片上浮致伤诊断

为定量化评估盾构隧道施工过程中管片上浮给隧道造成的损伤,作者提出将常见的损伤分为管片间变形、管片裂缝、管片表面剥落、沉降、渗漏水、断面整体变形、螺栓受到过大剪力以及管片受到过大水土压力等8大类。采用相关系数法选取15个底层指标,建立管片上浮致伤诊断指标体系。通过模糊变换对全部底层指标进行量纲一化处理,结合提出的融合赋权方法,构建管片上浮致伤诊断模型。最后,基于理想点法对中国湖南某盾构隧道管片上浮致伤情况进行诊断研究。结果表明,模型能有效评估管片上浮对隧道造成的损伤,诊断结果与工程实际情况及专家论证结果基本相符。

盾构掘进富水硬岩地层管片上浮控制

盾构掘进富水硬岩地层管片上浮事故时常发生,严重影响盾构隧道质量和安全。通过以某地铁工程盾构隧道在富水硬岩段地层中掘进管片上浮控制为背景,首先,分析了富水硬岩地层盾构隧道管片上浮影响因素和成因机制,结合工程经验及本工程实际提出了管片上浮的预控措施;其次,采用ABAQUS仿真软件对本工程管片上浮进行模拟,在此基础上对管片上浮预控措施进行优化;最后,通过实际试掘进控制效果,对预控措施进行了再优化,直至管片上浮被控制在合理范围之内。通过该工程案例,以期为盾构掘进富水硬岩地层管片上浮的控制措施制定提供借鉴与参考。

盾构隧道施工期管片上浮机理数值模拟研究

近年来,随着各类盾构隧道的大规模兴建,管片上浮始终是施工中迫切需要解决的一大难题,为此,国内外许多学者对管片上浮机理及其处置办法进行了深入研究,形成了不少科研成果,在生产实践中也得到了良好的应用。该文借助数值分析手段,依托衡阳二环东路合江套湘江隧道工程,对盾构隧道施工期渗流场、地应力场、隧道埋深、地下水位、泥水和注浆压力等因素进行分析,明确了各因素对隧道施工的影响程度和作用机理。

基于XGBoost算法的大直径穿黄隧道施工期管片上浮研究

为解决大直径盾构隧道面临的施工期盾尾管片上浮问题。针对济南黄河隧道项目,提出了基于XGBoost算法的大直径泥水平衡盾构隧道施工期管片上浮计算框架。通过采用主成分分析法将地层参数降维,采用R-relief F算法对管片上浮的影响因素进行特征提取及数据预处理工作,从而建立用于管片上浮分析的数据集。进而使用XGBoost算法对大直径隧道管片上浮进行计算,并与随机森林算法预测结果进行了对比。结果表明本文所采用的计算框架得到的结果能较好地反映隧道管片施工期的上浮特征,同时发现XGBoost算法对于管片上浮过程的预测效果比随机森林更好。研究成果对于大直径隧道施工过程中的管片变形预测及控制有较好的指导意义。

盾构机硬岩掘进管片上浮问题分析及改进措施

为了解决在全断面硬岩地层盾构施工中管片上浮及错台问题,结合工程实际情况,从地下水和注浆浆液、约束条件、盾构掘进姿态、人为因素等4个方面分析管片上浮及错台的成因,并提出豆砾石回填灌浆、止浆板与隔水环、定位销、优化传力衬垫等控制措施。

复合地层下泥水盾构管片上浮规律及影响因素分析

针对在盾构隧道施工中经常出现的管片上浮问题,以南昌轨道交通4号线泥水盾构过江隧道为工程依托,通过数理统计方法对泥水盾构穿越不同地层时管片上浮量进行归纳分析,探讨地层参数以及盾构掘进参数对管片上浮的影响规律。研究结果表明:在全断面砂层中掘进,管片上浮量小且上浮值变化稳定;而当进入上软下硬地层和泥质粉砂岩层,管片上浮量急剧变化,尤其是在过江段中风化泥质粉砂岩中掘进,管片上浮量最大。考虑盾构掘进参数单因素影响,随着注浆压力、泥水压力和盾构推力的增大,管片上浮量均会出现增大,而掘进速度的变化对施工期间管片上浮影响较小。在掘进过程中需要结合地层特性对管片上浮影响并且对主要掘进参数进行实时调整,在一定程度上可以实现对管片上浮的有效控制。

盾构隧道管片上浮原因分析及控制措施

盾构隧道掘进阶段管片的上浮问题一直是一个较难解决的技术问题。根据北京地铁大兴线黄-义区间盾构隧道工程中遇到的管片上浮问题,主要从盾构机械、壁后注浆、盾构姿态等方面查找原因并进行分析研究,提出了相应的控制盾构隧道管片上浮的技术措施。实践证明所制定的措施是可行、有效的,并为其他类似工程提供借鉴与参考。