复合成层地层盾构隧道施工引起土体变形计算研究

为解决盾构上部多层水平覆土且开挖面内上下水平分层的复合地层条件下盾构施工引起的土体变形问题,在统一土体解析解法的基础上对其中土质条件影响参数进行修正,使其可以进行复合地层条件下的土体变形计算,并对土体移动焦点范围进行了重新的划分。将修正后的统一土体解析解法与类随机介质理论相结合,得到可以解决盾构开挖面上存在多种土层情况的计算方法,并且可适用于任意开挖面形状的盾构施工。研究结果表明:经过多组工程案例验算,验证了方法的可行性;开挖面上某一土层厚度等量增加会使土体变形发生非线性变化;由于土体损失比变形传递路径对土体变形的影响更大,相同洞径比下的土体变形可能存在差异。

复合成层地层双线水平盾构隧道施工引起土体变形研究

基于三维统一解结合类随机介质理论的理论方法,建立适用于复合地层条件下的双线水平盾构隧道施工引起土体变形的计算模型,并推导土体竖向和水平变形的计算公式。公式利用三维统一解考虑不同土质条件对盾构施工引起土体变形的影响,利用类随机介质理论将土体损失区域按照地层进行分割,考虑土体损失区域内不同土层的土质条件对土体变形的影响。本文公式不仅可用于复合地层条件下的盾构施工,还可以解决开挖面上存在多种地层的工况,并且考虑施工顺序和双线相互作用对土体变形的影响。研究结果表明:1)经过多组工程案例验算,验证了本文方法的可行性;本文方法广泛适用于各类双线水平盾构施工工程。2)通过计算发现,随着土体深度的增大,土体的水平变形量先增大后减小,最大水平变形量发生在隧道顶部埋深处,且由于双线隧道的相互作用,土体的竖向和水平变形均发生了偏移。3)通过对上硬下软与上软下硬2种工况下开挖面内土层分布变化的单因素分析发现,随着较硬土层在开挖面内的占比提高,土体变形量呈非线性变化,占土体损失区域面积越大的土体对变形的影响越大,且双线盾构隧道施工引起的沉降槽曲线呈现更窄长的“W”形;软土的占比增加时,则“W”形趋向于扁平。

基于统一解的重叠盾构隧道施工土体变形研究

针对重叠盾构隧道施工引起土体变形问题,综合考虑了土体损失、开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力4种因素引起的土体变形。对于掘进过程中土体损失引起的土体变形,修正了统一土体移动模型三维解,考虑了掘进过程中土质条件对纵向土体变形的影响,采用叠加法得到由于土体损失产生的重叠隧道施工土体变形计算公式;对于开挖面附加推力、盾构机侧壁摩擦力和注浆压力3种因素引起的土体变形,采用Mindlin解进行计算,并根据重叠隧道计算模型将上下线的计算公式进行叠加,得到考虑以上3种因素产生土体变形的计算公式;将公式进行组合,最终推导出重叠盾构隧道施工过程中多重因素共同作用下土体变形的计算公式。结合工程案例对该方法进行验证,对比发现:修正后的三维统一解适用的土质条件范围更广,且预测值更为吻合;考虑多种因素比仅考虑土体损失的预测结果更贴合实测值,证明了该方法的可行性。

基于统一解的重叠盾构隧道施工土体变形计算

针对重叠盾构隧道施工引起的土体变形计算问题,将上下双线重叠隧道简化成单线隧道,提出等效大圆模型,基于三维统一解得到双线重叠隧道掘进引起的地表沉降以及土体水平位移计算公式。结合5个实际工程,将文中方法计算得到的地表沉降值与监测数据进行对比,验证了计算方法的正确性。研究表明在重叠盾构施工引起的土体变形研究中,采用等效大圆模型的计算方式是可行的;顶部与上线盾构内切的等效大圆为最优的等效模型。