不同叠交角度下盾构重叠隧道地层位移规律研究

以以色列“红线轻轨”项目重叠隧道为背景,在分析现场监测数据的基础上采用Rhino6和FLAC3D软件建立了三维数值模型,研究了不同隧道叠交角度下盾构重叠隧道地表沉降、地层位移规律。研究结果表明,2条隧道从平行逐渐过渡到重叠状态时,随着叠交角度的增加隧道中间处测点累计沉降量增大,但累计沉降量除了受叠交角度影响外,还与穿越地层情况密切相关;在本工程地层条件下,由于2条隧道均穿越松散的库卡K1地层,叠交角度为60°时地表累计沉降达到最大。后建隧道开挖完成后,隧道叠交角度小于45°时,沉降槽宽度增大;大于45°而小于60°时,沉降槽宽度基本不变;大于60°时,沉降槽宽度减小;达到90°时,沉降槽左右对称。两侧隧道开挖完成后,隧道叠交角度达到75°时,两侧地层均改变移动方向。研究成果为重叠隧道的设计和施工提供参考。

沿海软土地层位移风险预控复杂理论及关键技术

针对施工卸载的时效特性与土体流变耦合缺乏合理力学模型的科学解算方法,围绕沿海软土地层施工扰动与蠕变耦合位移风险预控的复杂理论和关键技术,项目组开展了系统、深入的研究,最终形成“沿海软土地层施工扰动与蠕变耦合位移预控技术与应用”创新成果,理论、方法及工程技术都取得了创新突破。

复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力预测分析

为揭示复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移及应力,文章基于Покровский当层法,将该问题等效为求解均质地层位移及应力分布问题,结合Loganathan修正公式,推导了复合地层中浅埋盾构隧道开挖引起的地层位移、应变和应力分量表达式,构建了地层位移场分布预测模型。同时基于理论预测模型,对比分析了工程实例的预测位移与实测数据的差别,讨论了上下层土体弹性模量比n、地层深度z和土体泊松比μ对隧道开挖的影响;在分析含软弱夹层隧道开挖问题时,提出了软弱夹层等效厚度K的概念。研究结果表明:随着n的增加,地表最大沉降值Smax、地表附加水平应力σx和竖向应力σz的最大值均有所减小;随着z的增加,地层最大沉降值有所增大;随着μ的增加,Smax有所减小,地表附加水平拉应力σx和竖向应力σz的最大值有所增加;当软弱夹层等效厚度K增加,Smax有所增加;隧道施工时,上硬下软地层产生位移及应力扩散现象,上软下硬地层产生位移及应力集中现象。

地铁隧道施工引起地层位移规律的探讨

目前对城市隧道开挖所引起的地表以下地层的位移规律的认识还很不充分,长期以来只有定性地认识。英国学者Mair等人(1993年)根据在黏土中的有限实测资料,基于预测地表位移的Peck公式,考虑了沉降槽宽度随深度变化,从而提出了地表以下的位移计算公式。他们的研究成果被广泛引用,但是由于其仅适用于黏性土,且假定地表处沉降槽宽度参数为0.5,因此在应用上受到很大的限制。在Mair公式的基础上,着重讨论了沉降槽宽度参数随地层深度的变化趋势,并提出了修正计算公式,不仅可以考虑地表沉降槽宽度参数与0.5相差较大的情况,还适用于砂类土地层,因此比Mair公式具有更广泛的适用性。

隧道施工引起地层位移预测模型的对比分析

在我国城市隧道施工引起的地面变形的研究和工程领域中,随机介质理论法和Peck法是2种应用较广的方法。但是目前对这2种方法各自的应用条件、二者的理论联系、计算结果的关系等方面还没有明确的结论。除此以外,由于随机介质理论法应用经验相对少,相应的关键参数的取值方法也很不成熟,基于理论背景研究和实际算例分析,对随机介质理论法和Peck法进行深入全面的比较和探讨。经过推导认为,Peck法适用于隧道埋深较大、隧道开挖面积较小的情况,是随机介质理论法在隧道埋深较大情况下的一个近似,而不适用于超浅埋的情况。在此基础上,比较二者计算参数的关系,并对随机介质法的2个关键计算参数,即主要影响角和断面收缩半径提出简单而有效的工程确定方法,大大地增强随机介质理论法的工程实用性。通过较多实际工程的验证,证明上述方法的有效性和可靠性。

隧道开挖不均匀收敛引起地层位移的预测模型

在隧道施工引起的地层位移预测中,随机介质理论法是在我国应用较为广泛的实用方法之一。在目前的随机介质理论法中,均假定地层位移是由于隧道开挖断面的均匀收敛变形引起,本文认为隧道收敛模式一般为不均匀,推导了各类断面在不均匀收敛模式下的计算公式,并补充推导了矩形、马蹄形断面的计算公式。通过算例的比较,认为均匀与不均匀收敛这两种情况对于埋深越浅的隧道,计算结果差别越大,建议在工程中适当考虑隧道断面收敛形式以考虑实际位移情况或隧道施工工法等的影响。

连拱隧道施工引起的地层位移分析

采用三维有限元法,对连拱隧道软弱围岩洞口段进行了施工全过程数值模拟分析,得出了施工全过程地层位移的大小与分布规律,并用几何比1/20的相似模拟试验进行验证和补充,提出了该类隧道施工全过程的地层位移规律和施工中应重点关注的区域,对实际工程进行直接指导,并为同类工程提供参考。

人工冻土融沉对地层位移场影响的三维有限元分析

为揭示人工冻土解冻对地层位移场影响的规律,以某地铁区间隧道盾构出洞水平冻结工程为例,对由人工冻土融沉引起的地层位移进行了三维有限元分析。计算结果表明:地表沉降可分为缓慢沉降、快速沉降、平稳沉降和固结沉降4个阶段;在隧道中轴线上方,随着与出洞口距离的增大,地表沉降先增大后减小;地面沉降在横断面上的分布呈近似正态分布曲线,随着与中轴线水平距离的增加,地表沉降逐渐减小,存在明显的曲线反弯点;地面水平位移随距隧道中轴线距离的增加,先增大后减小,最大水平位移对应于地面沉降分布曲线反弯点对应的位置;隧道上方由融沉引起的土体沉降随深度的增加而增加,距离冻结区域越远,土体沉降越小。

深孔注浆条件下地铁施工地层位移预测研究

以北京地铁7号线工程为研究背景,首先,利用现场实测数据对深孔注浆预加固条件下,地铁暗挖施工引起地表沉降特性及其地层损失率、沉降槽宽度系数进行了反演分析。其次对注浆加固圈厚度、加固圈等效变形模量、洞室开挖面积、开挖面地层加权变形模量、上覆土厚度、上覆土加权变形模量等参数对深孔注浆条件下地层变形的影响情况进行了因素分析,并在此基础上,提出了深孔注浆预加固条件下Peck理论方法关键参数的预测方法。另外,采用室内试验、数值试验以及理论研究相结合的方法,对深孔注浆复合体的变形和强度特性进行了系统分析,提出了注浆加固复合体等效压缩模量的数学模型,建立了注浆复合体数值计算模型参数的确定方法。以上工作可以为获得可靠的地表变形预测提供方法基础,同时可以为深孔注浆设计优化提供借鉴。

盾构开挖引起的地层位移空间分布预测模型

研究目的:盾构施工引起地层位移是城市地铁建设中不可忽略的问题。目前,大多数沉降预测方法是针对地表的,缺乏对地层位移空间分布的具体研究。基于此,本文以北京地铁14号线为工程背景,采用数值分析手段研究地层内部沉降及其影响范围与地表的联系,提出一种基于地层位移沿横向和纵向分布公式相结合的空间分布预测方法,并与现场实测进行对比验证。研究结论:(1)盾构前后地层任意横剖面的地表沉降槽宽度系数与其最终值基本一致;(2)地表及地层内部沉降槽都呈现正态分布形式,随着埋深增加,沉降槽最大值呈现幂函数的非线性增长规律,沉降槽宽度系数呈现幂函数形式的非线性减小趋势;(3)任一点的地层位移与地表最终沉降值、沉降槽宽度系数、地层损失率等有关;(4)该研究成果可为类似地质条件盾构施工引起地层位移的空间预测提供理论依据。

隧道衬砌变形引起的地层位移规律探讨

采用数值分析方法研究了隧道衬砌在土水压力的作用下,断面所产生的椭圆化变形引起的地层位移规律,并基于随机介质理论,给出了计算隧道椭圆化变形引起地层位移的方法。通过实例计算对所建议的方法给予了说明,指出衬砌受压变形造成的地层位移是地表沉降槽曲线偏离高斯分布规律的重要原因之一。

地层位移引起建筑物变形特性分析

城市深基坑开挖或地铁隧道掘进会引起附近建筑物或其他结构的变形,对建筑物变形特性的研究对于建立符合实际的变形预测方法和变形风险预估体系有着至关重要的实际意义。长期以来对由于地层位移引起的建筑物变形特点的研究尚比较少,特别是在岩土工程的相关研究范畴。在理论分析的基础上,提出一个判定建筑物变形特性(弯曲或剪切)的方法,并提出"弯曲变形率"指标以量化判定结构物变形特性。通过对伦敦地区两栋建筑物实际变形数据的研究,发现建筑物基本以剪切变形为主。在后续的分析中,进一步说明在一般情况下由于开挖引起邻近多层或高层建筑物的结构变形均以剪切变形为主,这与一般在分析和计算中假定结构主要以弯曲为主不同。基于此,认为结构的剪切刚度是其变形的主要控制因素,而非弯曲刚度。最后基于建筑物实测变形数据反算得到实际建筑物的结构刚度比E/G,由此获得对建筑物的实际变形特性更加深入的认识。

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。

深圳盾构隧道地层位移与土压力变化规律研究

国内目前在盾构法隧道对周围地层的影响以及盾构衬砌结构与土体共同作用的研究中,较少考虑施工过程的影响。文章用有限单元法模拟盾构法隧道施工的全过程,并结合深圳地铁一期福民站到金田站盾构法隧道,分析了地层位移和衬砌土压力大小、分布随施工过程的变化,并对地层土压力与设计土压力进行了比较分析。创新之处在于揭示了不同盾构隧道施工阶段中地层位移和土压力的分布特征及变化规律,这些结果对盾构法隧道的施工和设计具有一定的参考价值。

砂土地区浅埋非对称近接平行隧道施工地层位移分析

基于隧道开挖引起地表沉降经典Peck公式,考虑砂土地区浅埋非对称近接平行隧道不同开挖步序,研究隧道周围土体横向水平位移及工后地表沉降规律。根据沉降叠加原理,建立考虑隧道内径均匀收敛非对称近接平行隧道修正Peck公式,并进行影响因素讨论。结果表明:土体横向水平位移集中在横通道转正洞及大直径断面拱脚处;隧道施工后地表沉降主要发生在小断面区域;地表横向沉降模拟值与计算值二者吻合较好,随着隧道圆心距L的增大,土体横向沉降量逐渐减小并由正态分布转变为马鞍形;隧道埋深H越大,沉降越大;非对称隧道施工时先开挖小断面隧道优于先开挖大断面隧道。

基坑开挖引起的地层位移及支撑轴力变化特征

本文以试验和实测的基坑位移速率为出发点，建立了基坑开挖后的地层位移方程，并将诸多的施工因素简化为参数，从而获得位移时效方程及支护力（支撑轴力）的表达式。

盾构隧道施工引起地层位移的复变函数修正解

为了获得盾构隧道施工引起的地层位移变化,利用复变函数求解了基于位移控制边界条件下盾构隧道开挖后的解析解。在计算分析过程中,引入位移释放系数,充分考虑了衬砌滞后于开挖面的位移过程,并通过设置位移约束点对理论计算解进行了修正,获得了更为准确的地表相对位移。选取4例实际盾构隧道工程实例,分别考虑4种典型洞室位移边界条件,将该理论计算得到的地表位移初始解和修正解与现场实测数据进行对比,结果表明:在各种洞室位移边界条件下,修正后得到的地表位移值与实测值的吻合度均比初始解显著提高,其中以采用第4种位移边界条件计算得到的地表位移修正解吻合度最高。最后以第4种洞室变形为位移边界条件,分析了不同位移释放系数、隧道埋深以及隧道半径对地表位移的影响。结果表明:地表沉降与影响范围随着位移释放系数的增大而减小;地表沉降随着埋深的增加而减小,沉降槽宽度却随之增加;隧道半径越大,则地表沉降越大且影响范围越宽。

地铁隧道盾构施工引发的地层位移影响研究

为解决地铁隧道盾构施工中引发的地层位移、地面沉降、衬砌应力对周围临近地下结构的破坏等一系列环境土工问题,本文运用三维有限元法对太原市地铁盾构法施工过程中引起的地层位移和地面沉降规律进行了建模分析,取得了良好的效果。本研究对盾构隧道的合理设计和施工采取必要的防护措施都具有重要意义。

城际铁路大直径土压平衡盾构掘进地层位移控制措施研究

长株潭城际铁路湘江隧道采用大直径土压平衡盾构掘进,刀盘直径9.34m。盾构施工不可避免对地层产生扰动,当扰动引起的地表沉降较大时,将危及地面建(构)筑物的安全。本文针对湘江隧道盾构下穿岳北社区段,通过盾构掘进前期引起较大地表沉降的分析,对施工工艺进行调整,采用注浆工艺对地层进行预加固,采用全土压平衡模式,优化掘进参数,加强渣土管理,调整同步注浆等措施,将地层位移进行了有效控制,确保盾构安全和建筑物的安全。

考虑建筑物刚度和自重的地层位移解析解

为更准确计算隧道施工时既有建筑下的地层位移,以西安地铁工程为依托,通过当层法和太沙基理论,推导出考虑建筑物刚度和自重的地层位移计算公式。结果表明,与只考虑建筑物刚度的地层位移计算结果相比,考虑建筑物刚度和自重计算的地层竖向位移较大,沉降曲线为塞形,水平位移较小;随着深度增大,地层竖向位移与水平位移幅值增大,水平位移曲线逐渐变陡,竖向位移的分布曲线由塞形变为高斯曲线。考虑建筑物刚度和自重的地层位移与实际情况更为符合。