砂黏复合地层盾构掘进参数变化规律及掘进速率预测研究

为研究砂黏复合地层中复合比与盾构掘进参数之间的规律,依托石家庄地铁1号线白留区间隧道工程,基于现场盾构掘进试验,通过对盾构原始掘进参数的二次转换,建立标准推力-标准转矩特征空间,并对传统盾构掘进速率模型进行修正。研究结果表明:1)正常掘进状态下,标准推力和标准转矩成对数关系,随着复合比的降低,标准推力和标准转矩增加;2)根据参数点在特征平面的分布和对应的施工状态,将特征平面划分为Ⅰ区(正常掘进区)、Ⅱ区(转矩偏大区)和Ⅲ区(推力偏大区),并依据复合比的不同,将正常掘进区进一步划分为Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4区;3)基于标准推力和标准转矩,建立适用于砂黏复合地层的掘进速率预测模型。

无水砂黏复合地层盾构掘进地表沉降规律及公式适用性研究

依托某地铁区间的无水砂黏复合地层盾构隧道工程,通过分析实际监测数据,研究了盾构掘进过程引起的横向沉降槽成槽规律;通过分析隧道轴线上方纵向地表沉降曲线,提出了盾构施工纵向沉降的模式,并分析了沉降机理;探讨了常用盾构隧道地表沉降预测公式的适用性问题。研究结果表明:盾构机到达监测断面后,沉降槽开始出现;当盾构机盾壳完全穿越监测断面后,随着管片从盾尾脱出,沉降快速发展,从刀盘通过监测断面8.4 m到刀盘通过监测断面16.8 m,该阶段沉降通常占总沉降的50%;当刀盘通过监测断面33.6 m时,沉降槽已经基本稳定;盾构隧道施工引起的纵向地表沉降曲线分为缓降型和陡降型沉降模式,缓变型沉降模式主要在于盾构隧道正上方存在较厚的粉质黏土,对变形的传导起到减缓作用,陡降型沉降模式的发生主要与砂土层受扰动变形大、掘进参数和注浆材料设置不合理等原因有关;通过比较计算值与实测值的残差平方和,发现Attewell公式更适用于盾构穿越该砂黏复合地层的地表沉降预测。

砂-黏复合地层中隧道掌子面的稳定性研究

针对砂土与黏土交替的复合地层中隧道开挖易诱发掌子面及周边地层变形较大甚至失稳等问题,文章以某车站横通道工程为依托,建立三维数值模型,分析了开挖过程中超前小导管支护下的掌子面变形特性,并探讨了开挖步长、超前小导管的倾角及长度对掌子面稳定性的影响。结果表明,掌子面中心处的整体变形大于周边部位;变形会随着开挖步长增大而增大;存在最优的超前小导管的倾角和长度,使得掌子面变形最小。研究成果可指导采用超前小导洞支护的隧道工程施工,对施工参数的优化有参考意义。

富水砂-黏复合地层大断面暗挖隧道施工力学行为

富水砂-黏复合地层暗挖施工极易诱发地表及支护结构变形过大等复杂问题。以北京地铁17号线某交叉中隔壁(cross center diaphragm, CRD)法施工隧道工程为依托,对施工过程中的地表沉降、孔隙水压力、围岩压力、初支内力等进行现场监测后,得到了各监测对象的变化规律和总体分布。研究结果表明:新建隧道暗挖施工引起的地表沉降值较大,拱顶沉降与导洞收敛变形速率与变形量虽符合设计要求,但稳定值接近限值,富余量小;稳定后的孔隙水压力值较小,约为5 kPa,与地勘水头高度基本一致;由于先行标准线开挖的影响,新建隧道围岩压力呈现左右不对称分布的现象,围岩压力沿洞周呈现出拱底→拱腰→拱脚→拱顶→拱肩依次减小的分布规律;稳定后的钢筋应力沿洞周分布形式与围岩压力基本一致,其最大值出现在左侧拱腰处。基于上述研究,研究成果可为同类型富水砂-黏复合地层的暗挖隧道设计和施工提供一定的借鉴。

富水砂-黏复合地层大断面暗挖隧道的施工力学特性

为解决富水砂-黏复合地层暗挖施工易诱发地表及支护结构变形过大等问题,以北京地铁17号线某CRD法施工隧道工程为依托,基于现场监测开展了暗挖施工的三维数值模拟,分析了施工过程中隧道衬砌、围岩及先行标准线的变形特征。在此基础上,对后续二次衬砌的施工进行预测分析。研究结果表明:由于先期施工标准线的存在,后续CRD法施工过程中围岩的竖向最大变形区域出现在导洞3上方;拱顶沉降变形值远小于拱顶测点总竖向变形,现场拱顶沉降监测值远小于模拟拱顶沉降值;大断面隧道的施工会使标准线拱顶沉降变形增加约46%,对收敛影响很小,但会使标准线初支整体右移约17 mm,单次拆撑长度大于6 m时,会加剧地表的沉降变形。

砂-黏复合地层盾构地表沉降分析及沉降槽宽度系数修正

以深圳地铁11号线宝安站—碧海站区间为工程背景,选择具有正态分布性质且能考虑沉降槽偏移的高斯峰值函数,对该段地表实测沉降数据进行曲线拟合,分析砂-黏复合地层条件下盾构掘进引起的地表沉降规律;并结合国内外沉降槽宽度系数的计算理论,提出砂-黏复合地层沉降槽宽度系数。结果表明:高斯峰值函数拟合的沉降槽曲线与砂-黏复合地层条件下的工程实际更为契合;通过选取合适的参数,可以运用日本学者竹山·乔公式对砂-黏复合地层地表最大沉降值进行预测,砂-黏复合地层地表最大沉降值随土的弹性模量的加权平均值的增大而减小;提出的砂-黏复合地层沉降槽宽度系数更能反映砂-黏复合地层特征,使沉降计算值更准确。