考虑盾构铰接作用的小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降分析

目前针对小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降的理论研究均将盾构机视为一个连续的整体,未考虑盾构机铰接装置带来的影响,由此不能正确评估小曲率盾构开挖路径变化带来的超挖效应等。首先,根据盾构机铰接位置以及盾构机与小曲率隧道开挖路径的几何位置关系,得到了小曲率隧道开挖过程中不同盾构铰接位置超挖量及盾构铰接角计算公式;其次,基于镜像法及Mindlin解,求解了铰接盾构施工时因超挖地层损失、盾尾地层损失、开挖面不均匀推力、盾壳不均匀摩擦力及盾尾处注浆压力等共同影响的地层沉降;最后,采用工程监测数据与理论解进行对比验证,得到较好的一致性。此外,针对隧道转弯半径、前盾长度、盾构铰接角及超挖量等进行了参数分析。分析结果表明:不考虑盾构铰接装置的影响将过高估计地层损失而导致地层沉降预测值偏大。随着转弯半径的减小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量的增加,地层沉降增大,但其值变化均对开挖面前方沉降影响较小,对开挖面后方沉降影响较大。在开挖面后方,随着与开挖面距离的增大,当转弯半径取值较小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量取值较大时,纵向地表沉降呈先增大后减小趋势。

曲线隧道掘进对邻近地层和管片变形影响数值模拟分析

为解决曲线隧道与直线隧道开挖对周围土体和隧道结构产生影响的差异问题,首先,采用分别建立三维直线隧道和曲线隧道开挖数值模型的方法,对地层及盾构结构物理力学参数和盾构顶推力等施工荷载参数的选取进行研究;其次,将数值模拟结果与工程实测数据进行对比,验证该模型的合理性,并对比分析2种隧道模型(直线隧道和曲线隧道)的地层位移及管片应变差异情况;最后,通过7种不同顶推力比值及方向偏角工况,分析曲线隧道开挖过程中不平衡顶推力对土体位移和管片应变的影响。结果表明:1)相比直线隧道,曲线隧道开挖会使拱顶上方土体沉降量增大,沉降范围扩大,且管片应变增大;2)随着盾构顶推力差值及方向偏角的增加,地表的不均匀沉降增大,内、外侧土体水平位移不对称程度增大,以及管片的径向和轴向应变增量增大;3)管片径向应变分布规律会因不同顶推力方向(内侧、外侧)产生差异,且当顶推力方向为外侧时,管片在75°~135°和180°~285°易发生开裂;4)顶推力不平衡程度过大时,整个管片的径向应变会产生大幅度的变化,使结构受到不利影响。