盾壳摩擦对邻近单桩工作性状影响的研究

盾壳摩擦作用下土体受到挤压和剪切,可引起临近桩身所受弯矩和变形显著增加.本文建立了考虑盾壳摩擦作用的三维有限元模型,研究了盾构掘进过程中不同盾壳摩擦作用对邻近单桩工作性状的影响,并以天津地铁东南角站至建国道站区间盾构工程为依托,结合盾构掘进参数及地表沉降的监测结果进行验证.研究结果表明,考虑盾壳摩擦作用的盾构掘进会引起土体沿掘进方向的水平位移显著增大;盾壳摩擦的增大会造成邻近单桩桩顶沉降、沿掘进方向的桩身水平侧移和桩身弯矩增大,而对桩侧摩阻力、垂直于掘进方向的桩身水平侧移和弯矩影响微弱;盾壳摩擦对桩顶沉降的影响具有滞后性,当盾构机脱离桩身后,对其变形更需要严格控制.

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。

上软下硬地层盾壳摩擦对地表变形的影响

双线浅埋盾构隧道在上软下硬复合地层中掘进时会受到多种因素的影响,其中摩擦力是影响地表变形的重要因素。为了研究盾构穿越时不同盾壳摩擦力对地表变形的影响规律,结合摩擦力计算公式,对其进行有限元分析。结果表明:横向和纵向地表的变化趋势随着摩擦力的增大,隆起变形增大,沉降变形减小;横向最大地表沉降位于先行隧道轴线,沉降曲线为“W”形;纵向地表变形随着盾构的掘进,均表现出先剧烈下降再缓慢上升,且任一隧道开挖都会对另一隧道的地表变形产生影响。

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。

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析

基于土压平衡盾构隧道关键施工要素分析,提出1种可进行渗流—应力耦合分析的精细化数值模拟方法。依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程,模拟分析关键施工参数对地层及结构变形的影响规律,并通过实测数据验证模拟结果的合理性。结果表明:通过向盾壳单元施加恒定节点速度模拟盾壳—土体摩擦作用,能够反映盾壳—土体界面的真实剪应力状态,避免盾壳姿态发生倾斜引起附加土体位移;通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)模拟同步注浆过程,能够反映浆液引起地层孔压边界的改变;开挖面支护压力的增大可一定程度减小地层沉降和管片环椭圆化变形;盾壳—土体摩擦力的增大将显著增大刀盘前方地层的隆起、盾尾后方地层的沉降、地层沿隧道轴向和横向的水平位移以及管片环椭圆化变形;同步注浆量的增大可有效减小地层沉降、地层沿隧道轴向的水平位移以及管片环椭圆化变形。现场实测数据与数值模拟结果具有很好的一致性,验证了数值模拟方法的合理性。

新建隧道对拟建平行隧道地层变形影响系数的确定

基于Mindlin及Loganathan解,给出正截面附加推力、盾壳摩擦力和土体损失这三个主要影响因素下新建隧道对拟建平行隧道地层变形影响系数的计算公式,并以北京典型地层为例进行分析.结果表明:正截面附加推力影响系数及盾壳摩擦力影响系数随着隧道间距和隧道埋深的增大而减小,两者最大值点随隧道埋深每增加10 m,其位置距开挖面增加1倍洞径,即6 m;土体损失影响系数随着隧道间距的增大而减小.研究结果可为类似工程提供借鉴及参考.