正交下穿截污管盾构开挖面被动失稳颗粒流模拟研究

目的 对砂土地层土压平衡式盾构下穿截污管施工工况进行研究,以解决由于支护压力过大导致的开挖面被动失稳问题。方法 以沈阳地铁三号线下穿截污管区段为背景,利用颗粒流程序建立数值模型,研究截污管存在下的开挖面被动失稳模式、支护压力变化以及地层应力分布。同时分析了管隧垂直净距与细观摩擦系数对极限支护压力的影响。结果 开挖面失稳模式和极限支护压力均受盾构开挖位置的影响,当开挖面位于管道前方1.0 D时,管道对失稳模式的影响最大;盾构穿越管道前,管道下部土层出现应力增大现象;极限支护压力随着管隧垂直净距、颗粒摩擦系数的增大而增大。结论 在盾构接近且未穿越截污管时,管道对开挖面被动失稳机理产生了显著影响。

浅埋盾构隧道开挖面被动失稳楔形体计算模型改进

以浅埋盾构隧道开挖面被动失稳模式为研究对象,对楔形体计算模型进行改进,提出了一种新的开挖面等效法,将楔形体计算模型里的倒棱台筒仓改进为倒圆台筒仓,推导了开挖面被动失稳极限支护压力计算公式。主要结论有:楔形体倾角(α)与土体内摩擦角(φ)有关,α最优值为40°-φ/2。通过与既有开挖面被动失稳的极限支护压力解析解及数值解对比,发现改进后的楔形体模型计算结果更接近数值解,说明本文推导的计算公式是可靠的。

浅埋盾构掘进诱发土体剪胀对地表变形的影响分析

目的 研究浅地层盾构掘进过程中隧道周围土体发生剪胀对地表变形的影响。方法 首先通过建立有限差分模型,结合非关联流动准则,得到了隧道周围土体发生剪胀时地表变形的主要区域;进而采用无量纲参数β对传统沉降经验公式进行修正。结果 最大地表沉降随着剪胀系数的增加而减小;采用相关联流动准则和非关联流动准则所得到的最大地表沉降的差值随着支护力的增大而增大;随着隧道埋深比的增加,土体剪胀作用对地表沉降的影响逐渐减小;修正系数β与剪胀系数η二者在预测地表变形规律方面表现出良好的一致性。结论 砂土剪胀对浅埋盾构掘进影响较大,分析地表变形时应合理考虑土体剪胀角。

砂砾地层浅埋盾构隧道开挖对地表变形的影响

目的研究隧道在不同拱顶覆土厚度、不同盾尾注浆弹性模量、不同土体强度下盾构掘进诱发地表变形的规律,并分析土拱的形成与深浅埋隧道的关系。方法基于沈阳地铁10号线一期工程中医药大学站至松花江街站区间的勘探地质条件和开挖获得盾构开挖参数,采用数值模拟和现场实测进行比较分析。结果在浅覆土厚度条件下,地表沉降量随着注浆弹性模量的增加而逐渐减小,地表竖向位移随内摩擦角的增大而逐渐减小。当注浆弹性模量不低于2 MPa时,模拟值与实测值近似吻合,地表沉降量随着覆土厚度的增加而逐渐减小。土拱的形成在一定程度上受内摩擦角的影响,主要成因与拱顶覆土厚度有关,隧道拱顶是否形成完整椭球体状土拱可作为隧道深浅埋划分的依据。结论砂砾地层浅埋盾构隧道开挖时,拱顶覆土厚度、土体强度对地表变形影响很大,合理的初始注浆弹性模量,可在一定程度上改善地表变形。