EBL教学模式在隧道工程教学中的应用

分析EBL教学模式的定义、特点及在隧道工程教学中的应用,探讨通过EBL教学模式提高学生的综合能力和实践能力。提出了应用EBL教学模式的具体方法和策略,包括引导学生主动学习、联系实际工程和评价学习效果等。通过实际案例分析和评价,验证了EBL教学模式在隧道工程课程中的有效性和实用性。

盾构掘进速度及非正常停机对地面沉降的影响

软土中盾构隧道施工不可避免地扰动周围地层,进而引起地面沉降,沉降过大时将危及邻近建(构)筑物的正常使用和结构安全。全面理解盾构隧道施工引起的地面沉降的影响因素及对沉降的准确预测,对于减少施工环境危害十分重要。考虑盾构压重后,引入Mindlin解计算盾构下卧土层中的附加应力,采用单向压缩分层总和法计算盾构下卧土层的总固结沉降,由盾构掘进速度及停机时间确定附加应力作用时间后,应用太沙基一维固结理论计算在该作用时间内的固结沉降,应用Peck公式建立了盾构下卧土层沉降与地面沉降的关系,并以杭州庆春路过江隧道地面沉降的实测验数据对上述理论进行了验证。分析表明,考虑盾构掘进速度及停机时间的地面沉降计算理论基本合理;盾构掘进速度及停机时间会对隧道施工引起的地面沉降产生显著影响;在其他施工条件相同的前提下,提高盾构掘进速度和减少停机时间有利于减少地面沉降。

泥水盾构掘进参数对地面沉降影响实例研究

通过对杭州庆春路过江隧道施工中泥水盾构掘进参数及地面沉降的分析,讨论泥水盾构掘进参数对地面沉降的影响。分析表明:①适当提高切口泥水和同步注浆压力使地面微量隆起,可抵消部分地层损失,降低地面总沉降量;②及时快速的盾尾同步注浆是减少盾尾地层损失的关键,而单纯增加注浆量并不能起到控制盾尾沉降的作用;③在保证掘进稳定均匀的前提下,提高掘进速度可以降低地面沉降,相反,盾构长时间搁置会加剧地面沉降;④适当降低刀盘扭矩的同时加大转速,可以加快推进速度,减少刀盘的扰动和盾构偏转,同时降低切削土块的尺寸,减少盾构掘进泥浆管堵塞的风险;⑤良好的盾构姿态控制,可以减少超挖以及盾壳对周围土层的摩擦、挤压,从而减少地层损失和固结沉降;⑥盾构掘进所致地面隆起变形较无规则,使得横断面地面沉降偏离高斯曲线分布。

隧道坡度对盾构掘进引起地面隆陷的影响

基于Mindlin解,经数值积分计算了盾构以一定坡度掘进时切口附加推力与盾壳摩擦力的竖向分量引起的地面竖向位移,并通过现场实测验证了其合理性。计算表明,随盾构俯仰角的增大,在切口附加推力与盾壳摩擦力竖向分量的作用下,沿隧道纵向地面竖向位移呈现总体上移趋势,且切口前方最大隆起出现的位置更加靠近切口;盾构俯仰角一定时,随隧道埋深的加大,切口附加推力与盾壳摩擦力竖向分量作用下的地面最大隆起呈指数型下降。

盾构掘进地面沉降虚拟镜像算法

盾构掘进所致地面沉降的准确预估,对于邻近建(构)筑物的保护至关重要。假定土体为均质各向同性半无限空间不可压缩弹性体,基于虚拟镜像技术,推导了在隧道边界土层不同收敛模式下的地面沉降计算公式,计算结果比数值积分算法更接近实测。由于实际土体具有各向异性、成层性和可压缩性,本文算法与数值积分算法均高估了横向地面沉降槽宽度。引入沉降槽宽度修正参数对理论公式进行修正,修正算法计算结果更符合实际,可简单可靠地估算盾构隧道施工地层损失引起的地面沉降。

泥水盾构掘进引起的地面沉降——传统计算理论的评析与修正

综述现有计算盾构隧道施工引起的地面沉降的主要方法,评价其在杭州庆春路过江隧道工程中的适用性;并根据现场实测,对部分计算理论进行修正。对于横向地面沉降,Peck公式、修正Loganathan法、Chi法、Celestino法及Vorster法拟合精度均较高,而Sagaseta法、Verruijt&Booker法、Loganathan&Poulos法、Loganathan法及Park法均高估了沉降影响范围。对于纵向地面沉降,当地层损失较大时,考虑偏移的Yoshikoshi法和修正Sagaseta法的拟合结果与实测较为接近;而当地层损失较小,盾构掘进参数对地面位移的影响较显著时,Yoshikoshi法和修正Sagaseta法的拟合效果并不理想。

软土地层盾构隧道施工引起的地面隆陷研究

基于Mindlin解,经数值积分求得盾构掘进时切口附加推力、盾壳对周围土体的摩擦力及同步注浆附加压力引起的地面竖向位移,并以杭州庆春路过江隧道盾构施工引起的地面实测位移对其进行验证。分析结果表明,基于Mindlin解求得的切口附加推力、盾壳摩擦力及同步注浆附加压力引起的地面位移,与地层损失沉降叠加,可用来预测盾构掘进引起的纵向地面隆陷;盾尾同步注浆所致横断面地面隆起符合高斯分布,考虑注浆所致地面隆起后的修正Peck公式,可预测盾构掘进所致地面隆起,并提高地面沉降参数反分析的精度。

粉砂地层泥水盾构刀盘脱困工程实例分析

杭州粉砂地层中,杭州沿江大道运河隧道工程施工中因泥水盾构刀盘被砂土裹牢受困无法转动而被迫停工。分析该工程盾构刀盘受困的原因,介绍处理措施及其环境影响,在此基础上提出预防泥水盾构刀盘在砂性土层掘进束缚受困的措施。分析表明:泥水盾构刀盘粉砂土地层中束缚受困后,切口正前方地面开槽,通过高压喷射水流冲射刀盘上附着砂土使其离散脱落的措施是安全可行的;开槽时应加强对周围环境的监控,避免开槽引起周围土层和已建成隧道结构的位移过大。泥水盾构在粉砂土层中掘进时,为避免刀盘被砂土束缚而无法转动,应保证泥水循环的通畅连续,确保泥膜质量,并适当提高泥水压力以维持开挖面稳定,提高泥水携带砂土的能力;盾构非掘进状态下,应定时转动刀盘,避免长时间停机、开挖面无泥水循环时砂土塌落沉淀附着刀盘。

泥水盾构隧道施工引起的地面沉降分析及预测

通过对杭州庆春路过江隧道泥水盾构施工地面沉降监测数据的分析,总结了地面沉降的特点及影响因素,并结合实测数据给出了地面沉降的修正双曲线预测公式。分析表明:Peck公式适用于杭州软土地层中泥水盾构施工引起的地面沉降预测,其中地面沉降槽宽度参数K取值0.25～0.32,地层损失率V1取值0.04%～0.33%。地面沉降主要为盾构脱离0～5d或6d内的盾尾沉降以及扰动土体长期固结沉降,分别约占总沉降量的57.27%和41.08%。适当提高切口泥水及同步注浆压力使地面微隆,可以抵消部分地层损失,减少地面沉降。由地层损失引起的横断面地面沉降曲线较规则,基本呈现高斯曲线分布;而地面隆起变形较无规则,会使沉降曲线偏离高斯曲线分布。引入新参数C后的修正双曲线模型可用于泥水盾构软土地层中施工引起的地面沉降的预测。

考虑盾尾注浆隆起的盾构掘进地面位移预测

通过对3个盾构隧道工程实例中盾尾注浆引起的地面隆起的分析,对比了Mindlin解、Sa-gaseta法、Verruijt-Booker法、Loganathan-Poulos法、Chi法和Park法6种解析方法及高斯公式预测盾构掘进盾尾注浆引起的地面隆起的适用性,并结合工程实例给出了考虑注浆地面隆起后盾构掘进地面位移计算的修正Peck公式。分析表明:盾尾注浆引起的横断面地面隆起曲线,可以用高斯公式和Chi法较好地拟合,在确定注浆隆起宽度参数Kh和沉降影响角β的经验取值后,可预测盾构注浆隆起。考虑注浆隆起的修正Peck公式,可合理地预测包含注浆隆起在内的盾构掘进引起的横断面地面位移。

基于极限拉应变法的盾构掘进注浆隆起对上覆结构的影响

通过对杭州庆春路过江隧道盾构掘进地面位移的分析,发现横断面地面注浆隆起符合高斯分布;在Peck公式基础上考虑注浆隆起,提出广义Peck公式,可对盾构隧道施工引起的包含注浆隆起在内的横断面地面位移进行合理的预测与反分析.基于极限拉应变法,讨论了地层损失沉降和注浆隆起综合作用对上覆结构的影响.通过一算例分析,对盾构掘进最佳同步注浆量进行了探寻.算例表明:提高注浆建筑空隙填充率对减轻盾构掘进给结构造成的危害是最为关键的,额外注浆反而对结构不利.

基于Pasternak地基的盾构隧道开挖非连续地下管线的挠曲

盾构隧道开挖引起地下管线挠曲的准确预估对于其损伤评估与防护控制至关重要。引入Pasternak地基模型,采用有限差分方法推导了盾构隧道开挖地层损失下带接头管线的挠曲解答。经与离心机模型试验结果及连续弹性解对比,验证了该理论解答的适用性及其在运算效率方面的优势,并给出了地基剪切刚度的取值建议。参数分析发现,接头刚度会对管线挠曲产生显著影响,随接头刚度的增大,管线最大挠度降低,挠曲线形态趋近于连续管线;此外,接头数量及其分布也会对管线挠曲产生影响,其影响程度随接头数量的增大而削弱。

盾构近距离下穿引起已建地铁隧道纵向变形理论研究

盾构下穿会引起邻近已建隧道附加应力的变化,使已建隧道产生变形,对已建隧道的结构和运营安全造成一定的影响。基于明德林(Mindlin)解,经数值积分可以计算出盾构产生的刀盘附加推力q、盾壳摩擦力f及同步注浆附加压力p作用下所引起的已建隧道轴线处的附加应力。同时,利用镜像法算出在土体损失作用下已建隧道轴线处的附加应力,再将已建隧道视为温克勒(Winkler)地基梁,应用Winkler地基梁理论即可算出上述4个参数作用下已建隧道的变形,根据盾构穿越的不同工况,将上述参数作用下的变形进行叠加得到已建隧道总变形。通过杭州4号线盾构隧道下穿1号线隧道的工程实例将理论计算结果与实测结果对比分析,证明了该方法的有效性。

盾构近距离下穿对已建地铁隧道的位移影响及施工控制

通过对盾构近距离下穿杭州地铁1号线已建隧道施工过程进行监测,针对盾构近距离、小角度下穿对已建隧道位移的影响过程和特点,研究了盾构机与已建地铁隧道相对位置关系不同时,已建隧道的隆沉、水平位移及收敛位移变化规律。对盾构参数进行实时记录,通过反馈的已建隧道位移监测进一步优化盾构施工参数,合理盾构参数的设置可以有效控制既有隧道变形在允许范围内。已建隧道变形规律显示,盾构隧道在距离已建隧道20 m以外工况下,对上部已建隧道影响很小;盾构整个过程中已建隧道穿越交叉点竖向和水平位移变化过程大致经历5个阶段。

考虑埋深与剪切效应的基坑卸荷下卧隧道的形变响应

基坑卸荷将对下卧既有隧道产生附加荷载。结合工程实际,提出考虑隧道剪切效应及埋深效应的基坑开挖下卧隧道形变响应的半解析解。引入能考虑隧道埋深的修正基床反力系数,再由Mindlin解给出基坑卸荷对下卧隧道产生的附加荷载。视既有隧道为埋置于Pasternak地基上的Timoshenko梁,将附加荷载施加于隧道并计算其响应,提出可考虑隧道埋深及剪切效应的下卧隧道在基坑卸荷下的响应解。与三维有限元数值模拟、杭州地铁一号线九寨河基坑的测量结果的对比,验证了所提方法的准确性。针对隧道等效抗弯刚度、等效剪切刚度对隧道内力及变形的影响进行系统的敏感性分析。结果表明,采用Timoshenko梁模拟隧道可更好地分析隧道的力学响应;当提高隧道抗弯刚度,隧道的位移值、弯矩值和剪力值会显著下降,但其分布范围会增大;隧道最大正弯矩及最大剪力所在位置保持不变,不受隧道抗弯刚度值的影响,但最大负弯矩所在位置会随抗弯刚度的增大向隧道两端移动,当隧道剪切刚度超过抗弯刚度的20%时隧道位移、弯矩、剪力几乎均不再受剪切刚度的影响。所得结论可为类似工程提供一定理论支持。

软土地区盾构施工竖向姿态控制研究

在软土地层中,盾构掘进过程将不可避免地产生盾构姿态偏离。当盾构以偏离设计轨线掘进时,将导致管片应力集中、管片开裂及过大地层沉降等不良后果。文章结合杭州地铁某区间盾构掘进实测数据,分析了盾构在杭州典型软土地层施工中竖向姿态变化及控制措施。结果表明:在停机拼装管片过程中,盾构不可避免发生倾斜,产生负的俯仰角;在掘进过程中,俯仰角变化对纠偏力矩变化敏感,纠偏力矩控制是调整俯仰角的有效措施;盾构姿态调整是动态过程,需要详细设计纠偏计划及耐心操作。

泥水盾构施工引起的地面固结沉降实例研究

通过对杭州钱塘江隧道泥水盾构施工的分析,研究了泥水盾构施工引起的地面固结沉降的特点,提出划分地层损失沉降和固结沉降的实用方法,总结了盾构施工引起扰动土体固结沉降的机理、影响因素及控制措施.分析表明:无论是地层损失沉降还是长期沉降,均可用Peck公式较好地拟合;横向地面固结沉降曲线不符合高斯曲线形式,一般隧道轴线或附近地面固结沉降最大,向两侧递减;扰动土体固结使得横向沉降槽不断拓宽;软土地区盾构隧道施工,可取地面沉降曲线或沉降速度曲线的转折点作为地层损失沉降和固结沉降的界限;通过优化泥水盾构掘进参数,可减少施工扰动,从而降低固结沉降量和固结沉降时间.

考虑压滤效应下饱和黏土压密注浆柱扩张理论

为了研究压滤效应对压密注浆的影响,在考虑滤出水渗流和土体弹性变形耦合的基础上,推导出考虑压滤效应时饱和黏土压密注浆柱孔扩张的控制方程.并在不考虑土体渗透率的变化的前提下,对该控制方程进行简化,得到径向应力和径向位移的表达式,该简化方法可较好地计算柱孔扩张问题中径向应力和径向位移.与考虑压滤效应下柱扩张理论相比较,传统的柱孔扩张理论无法考虑压滤效应和有效应力比的影响,当有效应力比较小时(即浆液较稀),传统方法的误差较大.利用考虑压滤效应下柱扩张理论对压密注浆过程进行分析,结果表明:在相同的注浆压力下,随着有效应力比α的减小,内侧土体的径向应力和径向位移逐渐减小,外侧土体的径向应力和径向位移逐渐增大.有效应力比越小,即浆液越稀,压滤效应对压密注浆的影响越大.

软土地区盾构施工沉降界限

结合杭州地铁二号线实测沉降,采用“vi速度法”及“拟合直线法”分析不排水瞬时沉降与排水固结沉降的时间界限.分析发现,在地表无隆起的情况下,可以将地表变形分成3个阶段,其中瞬时沉降及固结沉降可以分别拟合为斜率不同的直线,前者斜率大于后者.在盾构脱开管片8.5～9d后,地层进入排水固结阶段.在同步注浆导致地表隆起的情况下,地层受到二次扰动,可以将地表变形分为5个阶段,在盾尾脱开管片10.5～12d后,地层进入排水固结阶段.

软土地区土压平衡盾构停机实测分析

文章结合杭州软土地层某一地铁区间盾构掘进过程中的两次较长时间停机事故,研究了土压平衡盾构在软土地层中停机期间地层的变形特性。分析结果表明:在盾构停机过程中,沉降影响范围超过5倍盾构直径,远大于正常掘进情况下3倍盾构直径的影响范围;盾构前方土体呈现整体沉降的规律,其沉降槽不能被Peck正态分布公式拟合;在盾构重新启动时,与正常掘进相比,盾构千斤顶总推力急剧上升。究其原因认为,在停机过程中,受扰动结构性软土强度恢复影响,导致盾构与土体之间摩阻力大幅增大所致。本文结果对研究软土地区盾构施工因故停机期间地层及盾构响应特性有一定借鉴意义。