基于修正Loganathan公式的非水平布置双线平行盾构隧道施工引起土体位移计算方法

[目的]为研究双线平行盾构隧道非水平布置方式下,由施工引起的周围土体位移规律,提出一种基于修正Loganathan公式的土体位移计算方法。[方法]介绍了Loganathan公式及相关假设;考虑盾构隧道开挖扰动引起的地层损失、土体卸荷回弹和土体损失率沿掘进路径变化的综合影响,修正Loganathan公式并建立单线盾构隧道周围土体位移解;建立双线平行盾构隧道非水平布置方式下,由施工引起的土体位移计算方法;通过实际工程的现场监测和数值模拟结果,验证所提计算方法的工程适用性。[结果及结论]所提计算方法能够考虑隧道轴心连线与水平面夹角、双线隧道半径、隧道轴心间距、双线隧道埋深等双线隧道布置因素,以及隧道盾构施工扰动造成的地层损失、土体卸荷回弹和土体损失率沿掘进路径变化等施工因素对土体位移的影响。地面沉降及土体水平位移的理论计算结果同现场监测结果和数值模拟结果之间的平均误差分别为5.6%、0.6%和5.5%、5.3%,均满足工程经验规定的20%的精度要求,说明所提计算方法能够有效解决双线平行盾构隧道非水平布置方式下施工引起的土体位移计算问题,具有良好的工程适用性。

双线平行盾构掘进对邻近浅基础建筑物影响理论分析

为解决双线平行盾构隧道施工对邻近浅基础建筑物的变形及弯矩变化的影响问题,并对实际掘进工况给出施工建议,利用Sagaseta纵向地表变形计算公式,推导出双线平行盾构掘进影响区内浅基础建筑物地基、基础和结构协同作用的力学模型,分析得到浅基础框架建筑物变形以及弯矩变化规律。研究结果表明:盾构隧道掘进区内,浅基础框架建筑物的弯矩大小随着开挖面的靠近逐渐增大,开挖面到达建筑物正下方附近时达到最大值,之后又逐渐减小;建筑物倾斜率越大,梁端弯矩和底层柱对基础的约束弯矩也越大;双线平行盾构先后掘进相比同时掘进引起的建筑物倾斜更小、沉降变化更加缓和,框架结构及基础梁的弯矩更小,且随着先后掘进开挖面距离的增大,弯矩变化曲线逐渐由V型转变成W型;建议双线平行盾构施工时尽量避免同时掘进,并进一步加强对建筑物首尾沉降差及倾斜率的监测。

近距离双线平行盾构施工引起的土体沉降计算

文章提出近距离双线水平平行盾构施工引起的总的土体沉降曲线符合正态分布规律,并对现有双线平行盾构施工引起的地面沉降计算方法进行了综述。针对现有各种方法存在的不足,建立了修正的二维Peck公式,可以计算双线平行盾构施工引起的深层土体沉降,同时能够考虑沉降曲线的不对称性。对计算参数取值进行研究,实测数据统计结果表明i总/i先跟h/D成明显的线性减小关系,提出了参数i总和η总的计算公式。首次提出两条隧道轴线的相对水平距离系数C=L/(h+R),认为总的地面沉降曲线形状与C值大小有关,本文公式适用于C<0.6的工况。算例分析结果表明:本文方法预测值与实测值比较吻合,且计算比较简便。

基于统一解的近距离双线平行盾构地面沉降计算

文章提出盾构法隧道统一土体移动模型二维解的修正公式,并利用该公式计算近距离条件下双线平行盾构施工产生的总的地面沉降。该方法适用于双线隧道近距离工况,采用近距离界定系数C=L/(h+R)≤0.66作为本文公式适用条件,当C>0.66时本文公式不再适用;当C≤0.66时,沉降曲线呈"V"形;当0.66<C≤0.79时,沉降曲线呈"V-W"形;当C>0.79时,沉降曲线呈"W"形。算例分析结果表明:当C≤0.66时,本文方法计算得到的地面沉降值与实测值非常吻合;近距离双线平行盾构施工引起的地面沉降曲线符合正态分布规律,但最大沉降值有时会偏离中轴线。

双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究

基于双线水平平行盾构施工中土体损失引起的土体变形二维解析解,建立土体变形三维解析解。取不同的纵向位置作为变量,建立土体损失率沿纵向的变化方程;考虑先行隧道施工对后行隧道的影响,分别计算两条盾构隧道施工引起的土体变形,叠加得到双线平行盾构施工引起的土体总变形。其方法能够计算土体深层沉降和水平位移,较精确地反映土体三维变形。算例分析结果表明:预测值与实测值较为吻合;土体沉降随着离开挖面距离的增加而不断增大,最终在x=-40 m左右时趋于稳定;随着先行隧道与后行隧道开挖距离的接近,最大土体总沉降量逐渐增大;土体沉降会随着深度z的增大而略微增加,但沉降槽宽度将略微减小;随着两条隧道轴线水平距离L的增大,最大土体沉降逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型,不再符合正态分布规律。

双线平行盾构开挖引起的地表沉降随机介质预测

针对双线水平平行盾构隧道施工引起的地表沉降计算方法,文章建立修正的随机介质理论简化方法,分别计算先行盾构和后行盾构施工引起的地表沉降,并考虑两者参数取值不同以及后行盾构最大沉降量位置的偏移,最终叠加得到双线水平平行盾构施工引起的总的地表沉降。研究结果表明:文章提出的方法能够计算地表沉降和水平位移,计算值与实测地表沉降值比较吻合,且适用范围较广;由于先行盾构施工的影响,导致后行盾构施工时周围土体受到扰动,后行盾构的半径收敛值要大于先行盾构,但主要影响角则会变小,且后行盾构引起的最大地表沉降位置会向中轴线方向产生偏移。

采用随机介质理论改进方法计算平行双线盾构隧道的沉降

地下工程施工引起的土体沉降可能会对地面建筑以及地下构筑物的安全造成影响。先开挖的隧道对于后开挖隧道的沉降变形有影响,隧道断面的收缩变形也不是均匀的,因此在随机介质理论中加入了考虑隧道断面不均匀变形的系数,以及先开挖隧道对后开挖隧道的影响系数,采用随机介质理论改进方法,对双线并行盾构隧道造成的地面沉降预测进行了分析。结合工程实际,对比分析了随机介质理论改进方法的计算结果、一般计算方法的计算结果和实际观测数据。分析结果验证了随机介质理论改进方法的合理性。

基于Peck公式的双线盾构引起的土体沉降预测

基于Peck公式,对双线水平平行盾构隧道施工中土体损失引起的三维土体沉降计算方法进行研究。考虑先行隧道施工对后行隧道的影响和两条隧道开挖面的不同位置,建立修正的三维Peck公式;通过分别计算先行盾构隧道和后行盾构隧道施工引起的土体沉降,叠加得到双线水平平行盾构施工引起的总的三维土体沉降。算例分析结果表明:预测值与实测值比较吻合;随着两条隧道开挖面前后距离的逼近,地面最大沉降量会逐渐增大;随着土体深度z的增大,沉降略增大、沉降槽宽度则略减小;当两条隧道轴线水平距离L较小时,地面沉降量较大,符合正态分布规律;随着L的增大,最大地面沉降量会逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型。

随机介质理论预测近距离平行盾构引起的地表沉降

提出近距离双线水平平行盾构施工引起的总的地表沉降曲线符合正态分布规律。基于单线随机介质理论简化公式,针对现有不足,建立修正的随机介质理论简化计算公式,可以计算近距离双线平行盾构施工引起的地表沉降,同时能够考虑沉降曲线的不对称性,对计算参数取值进行了探讨。算例分析结果表明,文中方法预测值与实测值比较吻合,且计算比较简便。实测数据统计结果表明,先行隧道开挖后双线隧道的半径收敛值比先行隧道半径收敛值要大,而主要影响角则变小;提出可直接用于近距离界定的式(6),认为双线隧道的地表沉降曲线形状与P值大小有关,近距离的界定范围为P≤1.1。

近距双线盾构隧道开挖诱发地层变形演变规律及数值模拟

双线平行隧道盾构施工相互扰动作用对其诱发的地层变形分布特征和演变规律影响显著。以某地铁双线盾构隧道工程为例,考虑双线平行隧道间距与盾构施工相互作用影响,采用数值模拟和现场实测相结合的方法对双线平行隧道盾构施工引起的地层变形演变规律进行了对比分析,并提出了考虑近远距状态的双线平行隧道盾构施工地层变形预测模型。研究结果表明,双线盾构隧道施工地层竖向变形曲线由“V”形发展为非对称“W”形分布,沉降槽宽度由6D扩大为10D,地层深度越深非对称“双峰”特征越明显;地层水平变形曲线以两隧道中线为轴线呈反对称分布,两隧道间区域土体变形受施工扰动影响显著;地表沉降曲线分布随双线隧道近远距变化由深“V”形—浅“V”形—“U”形—浅“W”形—深“W”形—两独立“V”形演变,采用L cr=2CKH可作为双线平行盾构隧道近远距状态临界判据,本文提出的预测模型能较好地反映近远距状态及施工相互扰动对双线平行隧道盾构施工地层变形的影响规律。研究成果可为类似地铁隧道盾构施工变形预测与精细化控制提供科学参考。