盾构掘进引起砂土沉降及管道脱空模型试验研究

为系统研究盾构隧道开挖引起的土与管线相互作用问题,揭示盾构掘进过程中地层位移的复杂性及管土界面接触状态变化规律,采用缩尺物理模型试验方法,制作可监测管线沉降、管底脱空和管底土压的模型管线,通过拔管的方式来模拟盾构隧道掘进过程,依次开展盾构掘进引起砂土深层沉降试验、管线响应与管土脱空试验。试验结果表明:1)盾构隧道开挖引起的深层土体沉降仍符合高斯分布,沉降槽宽度参数与地层损失率均随地层埋深呈现非线性变化。2)试验证实了在较大的地层损失条件下容易出现管土脱空现象,隧道开挖引起的最大管线变形和管底脱空值均随管线埋深增大而增大,而管底脱空范围递减。3)当管线挠曲较小时,管线与土体保持紧密接触;随着盾构掘进,在开挖面距管线1.5倍隧道直径处其底部开始出现脱空现象,开挖面距离管线1倍隧道直径至离开管线1倍隧道直径是脱空的主要发展阶段。

盾构隧道开挖引起的深层土体沉降槽宽度参数取值分析

为了研究盾构开挖引起的深层土体沉降槽形态的变化规律,对既有的深层沉降经验公式进行总结,根据收集的21组黏土地层、20组砂土地层和8组卵石地层的现场实测和模型试验案例,对沉降槽宽度参数K(z)取值进行反演分析。研究得出,在任意地层中,使用双曲线形式和幂函数形式的经验公式都能较好地描述隧道开挖引起的沉降槽宽度参数K(z)随埋深比的变化趋势,在黏土和砂土地层中各经验参数的建议值分别为c=0.323、0.197,n=0.479、0.456;卵石地层中,沉降槽宽度参数与埋深比呈简单的线性关系。