盾构掘进引起的邻近桩基水平附加荷载分析

基于Mindlin基本解及弹性力学基本理论,考虑刀盘挤土效应产生的附加推力、土体地层软化特性且不均匀分布的盾壳摩阻力及土体损失等因素推导得到盾构掘进过程中邻近桩基的水平附加荷载解析解答。算例分析结果表明:在x方向上,盾构刀盘到达前,邻近桩基承受附加压力荷载;刀盘通过桩基平面后,附加荷载转为拉力;在盾尾通过后,桩身附加拉力荷载达到最大。在y方向上,土体损失是引起桩身的附加荷载的主要因素,特别是在盾尾通过桩基平面后,对应于隧道拱顶及拱底附近位置桩身分别承受较大的附加压力及附加拉力荷载,这将会导致桩基产生较大的挠曲变形、弯矩及剪力,为最不利施工工况。

盾壳摩擦对周围土体工作性状影响的研究

文章以天津地铁二号线东南角站至建国道站区间左线盾构掘进项目为依托,采用ABAQUS对盾构掘进过程产生的地表沉降进行了计算,并结合工程实测结果对其进行验证,并进一步分析了在一定掌子面推力下的盾构掘进过程中,不同盾壳摩擦作用对周围土体变形与受力的影响。研究结果表明:盾壳摩擦作用对土体沿掘进方向的水平位移和附加应力影响较大,且影响最敏感区域位于盾构机头和盾尾附近;当距离隧道超过一倍隧道直径时,盾壳摩擦产生的土体附加应力衰减至可被忽略的程度。

考虑盾壳与土体摩擦力的盾构下穿既有地铁隧道施工控制研究

摩擦力是盾构下穿对既有结构施工力学行为影响的重要因素。为明确盾构下穿过程中土舱压力、注浆压力、摩擦力对既有隧道变形的影响规律,给出合理的施工技术参数,考虑盾构自重及土压力分布特征,推导了摩擦力计算公式,分析了摩擦力分布特征,将此计算结果通过Fish语言写入FLAC 3D有限差分软件,结合实体工程,对盾构下穿既有地铁隧道施工技术参数进行了系统研究,并通过实测数据验证了研究成果的可靠性。研究结果表明:1)盾壳与土体之间的摩擦力沿盾壳四周不均匀分布,量值随土体内摩擦角、重度及隧道埋深的增大而增加;2)盾构下穿过程中,既有结构竖向位移表现为先隆起、后沉降,其中土舱压力、摩擦力是造成既有结构隆起的主要原因,隆起量随土舱压力、摩擦力的增大而增大;3)盾尾脱离后既有结构沉降主要受注浆压力、摩擦力的影响,沉降量则随注浆压力的增大、摩擦力的减小而减小;4)与不考虑摩擦力的数值计算模型相比,考虑摩擦力的模型计算结果与工程实测数据吻合更好,且既有2号线运营地铁隧道结构变形满足规范所要求的控制标准,验证了研究成果的合理性与适应性。

考虑多因素影响的饱和土盾构施工引起土体变形理论研究

基于半无限饱和土初值解,考虑挤土效应的刀盘附加推力、浆液蔓延与土体软化的盾壳摩擦力、浆液自重与环向不均匀分布的注浆压力以及浆液填充盾尾间隙的土体损失率等因素,对现有饱和土盾构施工引起的土体变形计算公式进行修正,建立盾构施工参数修正力学模型,并结合典型的饱和黏土工程案例进行验证分析。研究结果表明:修正后的饱和土盾构施工引起土体变形解与MINDLIN解、现有饱和土解相比,其结果和实测曲线更接近,可以较为准确地反映盾构掘进过程中纵、横向地表变形的特点;盾构施工参数对地表变形的影响具有滞后性,且土体损失引起的扰动沉降影响范围较其他参数更广;土体变形随深度增加而逐渐增大,沉降衰减速率也逐渐加快,影响范围主要在隧道轴线两侧10 m范围内;土体最大隆起量与浆液蔓延长度呈负相关,与注浆孔角度、软化摩擦因数呈一定的正相关,不同深度处浆液蔓延引起的土体隆起速率均相同,而对于注浆孔角度及软化摩擦因数而言,深度越深,土体的隆起速率越快。