双圆盾构(DOT)隧道的地表沉降分析

分析了双圆盾构隧道的特点以及地表沉降的影响因素和不同计算方法.测试分析表明:双圆盾构隧道与圆形盾构隧道相比,双圆盾构隧道具有占用地下空间小、隧道断面形式多样化、切削面平衡操作简单、掘削土量少等优点;而隧道几何形状和埋深,土体性质的施工扰动,隧道衬砌的变形,盾构推进的平衡压力、姿态,同步注浆等是影响地表沉降的主要因素;最后得出双圆盾构隧道地表沉降与圆形盾构隧道具有相同的机理,但沉降值较大;双圆盾构隧道地表沉降槽的形态可以用正态函数表示,但最大沉降并不一定产生在隧道中心点.

双圆(DOT)隧道技术及应用

介绍双圆(DOT)隧道的发展、特点及相关试验,并以上海轨道交通双圆区间为工程背景,通过与单圆隧道施工的比较分析,阐述DOT隧道施工引起地面变形的因素及沉降规律,着重论述DOT隧道盾构施工的特殊技术。

DOT双圆潜盾隧道工程施工实务探讨

台湾桃园国际机场联外捷运系统CA450A标潜盾隧道工程,采双圆潜盾机(DOT)工法,为国内首例。本文针对CA450A标潜盾掘进施工过程包括环片生产、掘进管理、所遭遇困难及解决方式作整理说明,可为后续类似隧道施工参考。

双圆型(DOT)潜盾技术应用于机场捷运线之规划设计考虑

台北都会区捷运系统建设迄今已将近20年,其路网建设已完成76.6km,平常日载运量已达110万旅次;台北捷运自2004年起连续二年经国际地铁标竿联盟评定为"世界上最稳定的捷运系统",其服务质量更普获国人好评。一个高度经济发展的国家,机场大多有一条便捷快速的轨道运输系统,以提供机场旅客直达都会中心的运输服务,台湾桃园国际机场为进出之重要门户,为提升都市竞争力,急切需要一条安全、便利、快捷、舒适及准点之捷运线,衔接服务进出机场出入境旅客,故由交通部规划机场联外捷运系统,以连结台北车站、台湾桃园国际机场、高铁桃园车站等交通运输枢纽,期使国际航线与国内交通网络得以紧密连结。台湾桃园国际机场联外捷运系统系以潜盾隧道穿越淡水河河床而进入台北市,台北捷运工程局虽有将近15年单圆单线之潜盾隧道设计及施工经验,已通车之潜盾隧道约46.7km,然对淡水河河床下方需施作三处连络通道尚属首次,故本标案设计团队受命分别就环境冲击、施工风险性及经济效益等影响因素进行研析,评估传统双孔单圆潜盾隧道与先进双圆型(DOT)潜盾隧道之优劣利弊;由于双圆型潜盾隧道具有免作地中连络通道、隧道断面积及土地使用范围较传统隧道为节省、减少对外围地层之影响与整体工程工期较短等优点,且在日本及中国上海已有18处之施作实绩,故经整体考虑后,将以双圆型(DOT)潜盾隧道来取代传统单圆潜盾隧道进行规划设计。

双圆盾构隧道开挖引起邻近桩土位移试验研究

双圆盾构隧道具有比单圆盾构隧道复杂得多的断面形式,由此引起的邻近土体和桩的位移特征比较复杂。采用自主设计研发的双圆盾构隧道透明土试验装置,通过分析隧道上方水平与竖直地层位移特征、隧道周围土体位移云图、桩及桩周土体位移规律,系统探究不同埋深的双圆盾构隧道掘进引起的邻近桩-土位移响应。结果表明:随着双圆盾构隧道埋深增加,最大地表横向位移先增大后减小,最大地表沉降逐渐降低,隧道顶部沉降逐渐增加,沉降曲线形状由地表到隧道顶部呈“U-V-W”形的逐渐过渡;地表横向位移和隧道纵断面上方沉降分别在盾尾经过监测面(桩轴线位置)0.7D和0.6D(D为隧道开挖直径)后达到峰值并趋于稳定;随着覆土深度的增加,竖向地层的横向位移先减小后增大再减小,横向位移峰值位于隧道中心同一水平处,而土体沉降呈先慢后快地减小变化;邻近桩基对桩侧土体位移具有限制作用,桩基整体发生下沉和偏转;埋深为1.5D时的桩-土位移明显大于埋深为1.0D和2.0D时的桩-土位移。

双圆盾构隧道施工过程中管片力学性状的原位测试研究

本文介绍了双圆盾构隧道管片在施工过程中结构内力的现场测定试验及结构内力在施工荷载作用下的变化情况。盾构隧道管片内力的计算方法有许多种,但其在实际施工过程中的结构内力及其变化情况许多年来一直没有比较详细的研究。在我国首次进行的双圆盾构隧道施工过程中,隧道股份对双圆隧道管片在拼装、成环、推进等施工过程中的结构内力变化进行了详细的监测分析,掌握了大量的第一手监测数据,对双圆盾构管片在施工过程中的力学特性变化有了比较详细的分析研究。为今后的双圆隧道建设提供了详实的研究基础。

双圆盾构施工技术

双圆盾构是一项全新的施工工艺 ,在中国尚属首次应用。双圆盾构在掘进过程中所引起的地层变形以及盾构轴线控制、管片拼装等一系列工程技术难点需在工程的实际应用中加以探索、解决。文章通过在大量的工程实践中采用的施工参数和技术措施 ,对双圆盾构施工主要技术难点进行了剖析 ,初步摸索出一整套适于双圆盾构的施工工艺 ,可为今后双圆盾构工法在城市轨道交通及其他相关领域中的推广应用提供可靠的依据和技术资料。

双圆盾构掘进施工扰动土体附加应力分析

应用弹性力学Mindlin解建立了双圆盾构掘进引起土体附加应力积分表达式。运用复化Gauss-Legendre数值积分公式,定量分析了双圆盾构正面推力、盾构与土体侧摩阻力对土体扰动的程度及范围。分析表明,双圆盾构掘进对土体扰动具有区域性特征,盾构机上部表现为背土挤土,侧面则表现为挤压剪切效应,并且侧摩阻力对土体的扰动程度更大。所得结论对于双圆盾构穿越临近地下管线或建筑物桩基的施工提供理论依据。

双圆盾构施工扰动引起的地表位移特性分析

双圆、异形盾构工法是近年来软土地下工程兴起的一种新工法,对于双圆盾构施工扰动引起的土体位移计算方法及特征,人们还缺乏足够的认识和工程实践的积累。基于弹性力学Mindlin解、Sagaseta公式,建立考虑盾构掘进正面附加推力、侧摩阻力、地层损失的双圆盾构施工扰动土体位移计算方法。以上海轨道交通M6线双圆盾构区间隧道工程为背景,应用该方法分析双圆盾构施工扰动引起的土体纵向、横向沉降特征。结果表明,计算值与实测值吻合较好,该方法可用于分析双圆、异形盾构施工引起的地表位移特征,双圆盾构施工引起的地表沉降基本符合正态分布,盾构对土体有明显的背土、挤土效应。所得结论对于异形盾构工法在我国的进一步开发应用提供有益借鉴。

双圆盾构隧道施工对平行既有隧道的影响分析

对双圆(DOT)盾构隧道周围土体采用椭圆形非等量径向位移模式,在镜像法基本原理上,推导土体损失引起的附加应力计算公式,研究双圆盾构正面附加推力、双圆盾构机与土体之间的摩擦力以及土体损失在平行既有隧道上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明,附加荷载的变化规律与双圆盾构机和邻近平行隧道的相对位置密切相关,是一个三维问题;随着双圆盾构机开挖面通过前后,附加荷载由压力变为拉力;土体损失是引起相邻隧道上附加荷载的主要因素,其次分别是盾壳摩擦力和正面附加推力;已建隧道受到的附加荷载变化规律与其和双圆盾构机的净距S密切相关,随着S的减小,附加荷载急剧增大;随着平行既有隧道轴线埋深的变化,在轴线位置处,双圆盾构机对平行既有隧道的附加荷载影响最大。

双圆盾构隧道衬砌结构设计及参数研究

评价了盾构隧道衬砌结构设计模型及其发展现状,指出不同计算模型的特点和适用范围,通过上海地铁M8线实际工程对不同计算模型进行了分析和对比,重点讨论了双圆DOT(Double-O-Tube)盾构隧道结构计算中各种设计参数对计算结果的敏感性。研究结果表明,双圆盾构隧道结构计算中,目前常用的几种计算模型(修正惯用法、梁—弹簧模型等)都能满足工程设计的具体要求,关键在于计算参数选择的合理性和匹配性。不同的设计参数对结构计算结果的影响程度各不相同,对于中浅埋双圆盾构隧道,拱背土压力的影响不能忽略,否则计算结果将偏不安全。

双圆盾构隧道-软土层相互作用规律的模型试验及响应分析

基于上海M8线等双圆隧道工程实例,开展双圆盾构衬砌结构-软土层相互作用规律的模型试验研究。通过系列正交试验考察软土层与双圆盾构衬砌相互作用的参数效应,观测此软土层作用下双圆盾构衬砌的结构内力响应。对比发现：间隔1环或2环（1.2-2.4m）布设中立柱,可保证衬砌变形量控制在3mm要求范围,并与M8线工程全环布设的实效吻合。内力传递的折减系数为0.61-0.97。利用粒子成像测速技术PIV2C软件与试验拍摄系统对比现场实测数据,给出地层沉降及颗粒运移规律的跨尺度对比分析,结果表明：地层沉降曲线的影响规律从地表至衬砌顶部表现为“U型-V型-W型”变化,塌落区面积比约为0.85,粒子成像测速技术PIV可较好揭示双圆盾构软土层马鞍槽及塌落拱形成的瞬态运移规律。

双圆盾构隧道施工中压重纠偏效果分析

在双圆盾构隧道施工过程中双圆盾构往往会由于以下因素发生侧向偏转:(1)土层分布不均匀;(2)盾构机的制造误差;(3)运输台车的牵引力的不同;(4)已拼装管片的作用;(5)注浆的流失;(6)施工中的不当操作。首先,分析了双圆盾构施工中产生偏转的原因以及纠偏方法,其中单侧压重是纠正双圆盾构侧向偏转的最为简单经济有效的方法。在工程实践中,压重荷载的大小一般取决于操作人员的经验和现场观测偏转角的变化。在单侧压重实施前没有预测其纠偏效果的方法,而且,压重纠偏还会引起周围地层的变位。应用有限元数值模拟的方法,分析总结了压重荷载与偏转角的关系以及双圆盾构周围土层的变形。对于最大允许偏转角为0.6°时,需加压重荷载为350 kN将其纠正。同时,纠偏0.6°偏转角会造成85 mm的额外地表沉降,其结果可供实际工程的施工管理参考。

双圆盾构施工引起邻近桩基附加荷载的分析

应用"源汇法"理论,推导了双圆盾构隧道土体损失产生的三维附加应力计算公式。研究了双圆盾构机正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力以及土体损失在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明:在双圆盾构开挖面前方地下桩基受到挤压力作用,在开挖面后方负值附加荷载逐渐增大产生拉力,同时双圆盾构机轴线深度附近的桩基部位处产生较大的拉应力和压应力;双圆盾构机与土体之间的摩擦力在附加荷载中特别是y方向的附加荷载起主导作用;垂直于管片方向的附加荷载值较推进方向大,但影响范围小;竖直方向的附加荷载较小,靠近隧道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反,曲线呈"弓"形分布。经与数值模拟、离心试验、现场实测结果对比分析,验证了应用解析解研究双圆盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。

双圆盾构近距离穿越构建筑物关键施工技术

文章以上海市轨道交通6号线源深体育中心站～世纪大道站隧道工程为背景,介绍了双圆盾构在净距为0．8m的近距离穿越共同沟、在净距为1m的条件下穿越五层民房建筑物推进施工。通过对盾构施工过程中若干关键施工技术的研究以及采取了有效的构建筑物结构保护措施,确保了双圆盾构成功穿越,为今后同类工程施工提供了有益的借鉴。

双圆盾构隧道施工土体扰动特性及实测分析

以上海轨道交通6#线双圆盾构区间隧道工程为背景,通过动态监测双圆盾构施工引起土体分层沉降、水平位移、孔隙水压变化、海鸥块背土挤土现象,总结归纳双圆盾构掘进土体扰动的基本规律,提出了双圆盾构施工土体扰动的区域性、时段性特征。

双圆盾构隧道衬砌不同内力计算模型对比分析

盾构隧道衬砌结构的内力大小及分布规律对衬砌管片的设计和施工控制具有重要的意义,尽管单圆盾构的内力计算模型已经比较成熟,但对于双圆盾构的内力计算仍有待进一步研究。文章拟对目前国内所采用的双圆盾构内力计算模型进行综合分析,并与所建议的双圆盾构梁-弹簧法比较分析表明:在相同边界条件下,双圆盾构衬砌结构的内力解析解获得的轴力和弯矩值一般偏大,数值解最小,而实测值介于二者之间,但不同方法计算结果所表现的分布规律基本一致,证明作者所提出的双圆盾构梁-弹簧模型可为双圆盾构衬砌结构的设计和施工提供参考依据。

常规和广义反应位移法在浅埋双圆盾构隧道中的应用比较

文章阐述了常规反应位移法的基本原理、分析方法及其存在的问题,给出了常规反应位移法地层结构滑移和不滑移两种假定下的地层弹簧刚度取值公式,并提出了基于地层-结构模型的有限元广义反应位移法。该法的地震强制位移施加在地层左右两侧边界上,两侧边界受到水平滑移支座约束,底部基岩边界受到固定支座约束,并在结构地层界面之间引入摩擦接触单元模拟界面滑移效应。不同界面条件下,双圆盾构隧道采用常规反应位移法和有限元广义位移法的对比表明:考虑界面滑移的有限元广义位移法能更加真实地反映双圆盾构隧道的地震效应;在地震强制位移作用下,双圆盾构隧道两洞管片衬砌附加弯矩为倾斜的8字形分布,中柱附加弯矩为线性分布,反弯点出现在中柱中点附近;管片上附加轴力基本为压力,中柱附加轴力为拉力且沿高度基本不变;管片上附加剪力为正8字形分布,中柱附加剪力沿高度基本不变。

软土地层中双圆盾构法隧道的抗震分析

目前对于上海双圆盾构法隧道的抗震问题 ,尚没有成熟的方法可供利用。本文结合上海地区典型软土室内动力试验研究成果 ,采用考虑土 -结构相互作用的软土地层中地下建筑物抗震稳定分析方法 ,研究了隧道 -土体体系二维地震反应 ,并应用梁单元有限元模型研究了隧道的纵向地震反应。计算结果包括 :地震引起的隧道周围软土孔隙水应力比、震陷、动剪应力比 ,以及隧道结构的动剪应力、轴力、剪力、弯矩等。最终从地震影响角度对该隧道的优劣作了初步评价 ,为工程决策提供了重要参考依据 ,所得结论可为软土隧道抗震设计提供参考依据。

双圆盾构隧道施工力学行为三维数值模拟

结合上海轨道交通M6线双圆盾构区间隧道工程,应用有限差分程序FLAC3D分析双圆盾构隧道施工力学行为,对双圆盾构施工扰动引起的土体位移场特性进行监测与数值模拟对比分析。分析表明,数值模拟结果与监测值基本吻合。双圆盾构施工扰动土体位移场特性与单圆盾构类似,但影响范围、量值更大。对于深层土体,计算所得的最大沉降、隆起值分别为-0.042m、0.08m,对于浅覆土地层,隧道开挖后,易出现整体上浮现象,隆起值达0.03m。双圆盾构施工扰动所引起的深层沉降、侧向位移还需要进一步研究。所得结论为进一步研究异形盾构施工环境土工影响提供参考。