地表堆卸载对浅覆土盾构隧道影响试验研究

地铁沿线开发利用过程中不可避免地造成紧邻地铁隧道的地表临时堆载,堆载清除后依然会对隧道结构造成不可恢复变形,影响地铁安全运营。现有的研究主要集中在堆载过程引起的盾构隧道变形,缺少堆载−卸载这一完整过程的研究。为探究地表堆−卸载引起的浅覆土隧道变形特性,以错缝无榫槽盾构隧道为原型,使用3D打印技术制作的盾构隧道模型开展砂土地层盾构隧道的浅覆土堆−卸载试验和常覆土堆载试验,分析浅覆土隧道堆−卸载过程受力及变形情况,并对比堆载过程浅覆土隧道与常覆土隧道受力及变形结果。实验结果表明:地表堆−卸载过程引起隧道管环变形由整体沉降和径向收敛2个部分组成。地表临时堆载引起隧道的部分变形是不可逆的,且浅覆土隧道的卸载回弹变形具有一定的滞后性,卸载后,隧道环的不可恢复位移偏移量:拱底>拱顶>拱腰。距离荷载中心越近,截面椭圆化越明显,且拱顶、拱底和拱腰是产生弯矩的峰值处。浅覆土隧道对地表荷载变化更敏感,在地表堆载下产生明显的沉降区,且隧道两端发生翘起现象;常覆土隧道差异沉降相对较小,沉降曲线较平滑。浅覆土隧道受到附加应力更大,但受影响范围要小于常覆土隧道。研究可为地表突发堆载中既有盾构隧道的保护提供理论依据。

运营期浅埋公路隧道拱顶覆土层力学分析模型及沉降规律研究

浅埋盾构隧道下穿既有公路时,车辆荷载作用下隧道拱顶不同深度覆土层会发生沉降,针对这一问题,提出一种盾构过程中拱顶覆土两阶段沉降分析模型,采用ABAQUS数值模拟(FEM)验证本文所建立沉降模型的正确性。研究结果表明:对Peck公式中土体体积损失参量进行修正并基于非线性荷载作用下的Boussinesq解所建立的等效地表两阶段沉降分析模型能有效预测车辆循环荷载和隧道盾构耦合作用下盾尾拱顶覆土沉降发展规律。在盾构过程中,盾尾拱顶覆土沉降扰动增加区段位于接近区至下穿区前2/5处,下穿区出现沉降峰值后进入沉降扰动平缓区段,远离区为沉降扰动减小区段,沉降发展规律符合Protodyakonov压力拱理论,沉降增加主要发生在压力拱破坏期间;盾构完成后,车辆循环荷载影响5 m左右深度的覆土层沉降,深度大于5 m时车辆荷载发生应力扩散,沉降主要影响因素为隧道开挖造成的土体体积损失。

盾构隧道施工对邻近建筑物差异沉降与扭曲变形影响分析

针对盾构隧道施工侧穿既有建筑物问题,结合南京地铁一号线北延段工程,以盾构隧道侧穿某浅基础建筑物为研究对象,通过对建筑物沉降实测数据进行分析,并利用Plaxis 3D软件建立数值模型,研究了隧道距建筑物不同水平距离和盾构以不同角度穿越对建筑物差异沉降与扭曲变形特征的影响。结果表明:随着盾构开挖面逐渐接近建筑物,建筑物差异沉降及扭曲变形逐渐增大;差异沉降量在盾构机通过时达到最大值,之后趋于稳定,而扭曲变形峰值出现在盾构开挖面到达建筑物中点截面位置时,随后逐渐减小;当建筑物中心至隧道轴线的水平距离与隧道外径之比L/D=0.5~2时,建筑物差异沉降量较大,在L/D=1.5时达到峰值;当盾构穿越夹角从θ=0°增大至θ=90°时,建筑物最大差异沉降量不断增加,而最终扭曲变形值则先增大后减小,在θ=45°时扭曲变形达到峰值。研究结果可为盾构隧道侧穿浅基础建筑物时相关类似工程提供参考。

浅埋破碎软岩地层盾构穿越老旧房屋施工关键技术研究

土压平衡盾构在埋深浅、裂隙发育的破碎软岩地层中、地表分布年代久远以及结构老旧的浅基础房屋等工况条件下,施工存在较大风险。该文针对此类工况,从掘进模式、精细化管控措施等方面展开论述,形成一套行之有效的施工应用技术,为类似工程提供参考和借鉴。

浅埋极软地层超大直径盾构隧道施工期上浮控制措施及实测数据分析

管片上浮控制是极软地层超大直径盾构隧道施工控制的关键难题。为了研究极软地层超大直径盾构隧道施工期管片上浮特征及其影响因素,本文依托珠海隧道工程,制定4种抗浮措施,比较分析了不同措施的抗浮效果,优选了抗浮措施。本文基于实测数据,研究管片上浮过程变化特征,揭示了施工期管片上浮变化规律;利用散点图进一步分析了管片错台量、掘进总推力、隧道埋深等因素与管片上浮量的相关性。

无锡浅埋岩溶发育特征及其与隧道安全距离研究

在江苏无锡惠山附近修建地铁过程中发现了较多的浅埋岩溶,通过钻孔资料和跨孔地震CT试验对该地的岩溶发育特征进行了详细分析.同时,根据溶洞的大小、位置和填充等情况,将其分为四种类型.为了探讨该场区地铁隧道开挖后的稳定性问题,采用有限差分的方法,研究了隧道与溶洞之间的距离及溶洞填充物对隧道整体稳定性的影响.最后,根据设计规范,确定了隧道与溶洞之间的安全距离.结果表明,场区内大部分溶洞呈扁球形或椭球形,并由含砾石的粉质黏土或淤泥质粉质黏土充填,最发育的溶洞埋深在26~30 m和32~36 m,溶洞直径为1~10 m;综合来看场区内Ⅰ型溶洞对隧道安全施工的威胁最小;四种岩溶类型与隧道之间的安全距离为5 m或≥11 m.本研究成果可为江苏省浅埋岩溶地区其他拟建隧道的设计和施工提供技术参考.

浅埋大直径盾构隧道开挖面局部破坏的被动稳定性研究

浅埋盾构隧道施工时开挖面极易发生被动破坏,而大直径盾构隧道开挖面的被动破坏更为复杂。利用极限分析上限法建立浅埋大直径盾构隧道开挖面被动稳定性分析的二维破坏机制,该机制考虑了仓内土压梯形分布和仰拱上方处开挖面局部破坏的影响,并提出开挖面局部被动破坏时的极限支护压力上限解。通过对计算结果的参数分析发现,无黏性土的开挖面极限支护压力是土体有效内摩擦角φ^(′)和归一化无量纲参数埋深比C/D的函数,同时φ^(′)和C/D对开挖面局部被动破坏的起点位置存在影响;而黏性土的开挖面极限支护压力是φ^(′)和C/D以及有效黏聚力c^(′)的函数,但是有效黏聚力c^(′)对极限支护压力的影响要小于φ^(′)和C/D的影响。将本文与已有上限解进行对比,验证了本文所提上限解的有效性,结果表明,本文的上限解能够预测开挖面任意深度处的局部被动破坏的通解,而已有上限解只是假定开挖面发生全局被动破坏的特解。最后,结合实际工程验证上限解的合理性,该计算方法能够合理评价浅埋大直径盾构隧道开挖面的被动稳定性。

基于地表位移控制的浅埋盾构管片壁后注浆压力确定方法

采用考虑卸载模量的硬化土小应变模型,模拟分析了不同埋深盾构隧道施工时地表竖向位移随管片壁后注浆压力的变化规律,并从盾构施工微扰动控制角度探讨了壁后注浆压力的确定方法。结果表明:随壁后注浆压力增大,不同埋深下地表竖向位移均可分为沉降敏感阶段、稳定阶段和隆起敏感阶段;壁后注浆压力应在隧道顶部上覆土自重应力的基础上进一步增大,以顶起上覆土,弥补超挖引起的地表沉降;当地层损失补偿率与地层损失率接近时,可达到盾构施工微扰动控制要求,据此提出一种综合考虑地表竖向位移、地层损失率、地层损失补偿率的壁后注浆压力范围确定方法。

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。

河底浅埋地铁盾构隧道管片防水密封垫优化研究

为解决水下浅埋地铁盾构隧道密封垫与混凝土管片结合处,特别是脚部容易发生渗漏水的问题,文章结合沈阳地铁4号线下穿长岛内河地铁盾构隧道项目,将传统的现场粘贴防水密封垫工艺优化为新型嵌入式管片密封垫,在管片生产时一同进行预制;另外,针对传统防水密封垫角部实心构造形式导致的拼装时易“隆起”甚至碎裂的不利于防水的弊端,经方案比选,在脚部中心位置增加2个孔径为8mm的空心孔可显著降低闭合压缩力和脚部接触应力,试验结果表明上述2项盾构隧道管片密封垫防水优化设计可有效提升密封垫防水的能力。

土压平衡盾构长距离下穿浅基础房屋施工技术

根据区间地质勘察情况,以盾构掘进渣土改良、出渣情况、掘进参数、地表及建筑物监测数据为依托,同时在盾构下穿浅基础房屋前对房屋基础进行探测,对下穿房屋基础进行加固并预埋注浆管路,增加土体强度,降低盾构在下穿过程中出现水土流失的可能。盾构在穿越过程中严格控制出渣量,加密地表沉降监测,对产生超挖或沉降的里程位置实施洞内二次注浆、地表注浆、超前注浆加固、土仓内注入膨润土等措施,实现快速稳定地层的目的,确保盾构机安全、平稳、连续通过。

盾构近距离上跨既有线风险评估研究

为研究城市轨道交通隧道间近距离穿越工况风险,以青岛地铁6号线峨—富区间盾构隧道上跨既有1号线峨—石区间隧道工程为例,该工程具有超浅埋、上软下硬地层、近距离上跨既有线等工程特点,通过有限元计算分析峨—富区间盾构施工对峨—石区间隧道结构变形影响,提出盾构施工风险管控对策,并在实际施工过程中实时比对计算结果。研究表明:峨—富区间盾构施工过程中,峨—石区间隧道结构变形较小,采取地层预加固、试验段先行、自动化监测综合控制对策,盾构上跨顺利通过,过程中峨—石区间隧道结构各项位移值均为正常,最大位移值约为1 mm,为计算值的1.5倍。此研究成果可为今后类似工程提供参考。

大直径浅埋隧道下穿运营高铁防护措施研究

研究目的:由于技术规程对受下穿工程影响引起高铁桥墩的位移要求高,为保证盾构施工期间运营高铁的安全,必须要对大直径浅埋隧道盾构下穿高铁段采取可靠的防护措施。本文依托国内首个下穿运营高速铁路的大直径盾构项目——苏州市城市主干道下穿沪宁城际铁路工程,针对其软土地区及高铁桥墩变形高等特点,研究盾构施工中地层损失率、隔离桩桩径及桩长、钢护筒内灌注材料等参数对高铁桥墩的影响,提出安全可靠的加固方案。研究结论:(1)隧道盾构下穿饱和粉、细砂土层,建议对隔离桩内的土体进行加固,提高土体稳定性;(2)隔离桩刚度随着直径的增加而增加,盾构施工对高铁桥墩的影响随之减小;(3)根据不同桩长的隔离桩水平变形和对高铁桥墩的影响,结合嵌入土层类型和深度,确定了合理的隔离桩桩长;(4)钢护筒内灌注不同材料的隔离桩,组合刚度主要由钢护筒的直径和壁厚决定,钢护筒内土体注浆对高铁桥墩影响比灌注混凝土的小;(5)提出软土地区下穿运营高铁工程的加固方案和安全评估思路,可以确保工程实施中和实施后沪宁城际铁路的运营安全,可为以后类似工程提供参考。

上软下硬地层浅覆土超大直径盾构扰动规律研究

为揭示上软下硬地层中浅覆土盾构施工引起的扰动规律,以深圳市妈湾超大直径海底隧道始发段为依托,建立了浅覆土段双线盾构三维数值模型,根据地表沉降数据验证模型并分析了浅覆土双线盾构的地表沉降规律。基于莫尔-库伦强度理论提出强度余量的概念,重点分析了不同掌子面支护力、注浆压力下双线盾构显著扰动范围交叠区内土体单元的强度余量变化历程。结果表明:浅覆土段双线盾构分别诱发的地表沉降交叠范围较小,地表呈现“ω”形沉降;随着后开挖线盾构掌子面支护力的提高,双线间土体单元在盾构到达前至盾构穿越过程中的强度余量下降更大,更接近塑性;随着后开挖线盾构注浆压力的下降,双线间土体单元在盾尾脱出3环内的强度余量下降更大,更接近塑性;计算结果表明,当后开挖线盾构掌子面支护力相比土压提高50kPa时或盾构注浆压力低至160kPa时,双线间土体单元已接近塑性。

超浅覆土工况下类矩形盾构法在宁波轨道交通4号线出入段线施工中的应用

类矩形盾构法因其具有对周边环境影响小、空间利用率高等优势,已在宁波轨道交通中多次应用。该施工方法在出入段线的施工中效果尤为显著。依托宁波轨道交通4号线东钱湖车辆段出入段线施工项目,提出了超浅覆土工况下类矩形盾构隧道的设计及施工方案。对原设计方案及2个施工优化方案进行对比,方案二(417 m类矩形盾构掘进+其余区段明挖)在技术性及经济性上均具有显著优势。为了确保方案二的盾构施工安全及隧道永久抗浮,采取了抗浮板技术。现场施工监测数据表明:抗浮板在超浅覆土工况下类矩形盾构隧道掘进过程中的抗浮控制效果显著。

盾构始发段上卵石下泥岩地层掘进控制技术研究

对成都轨道交通30号线一期工程大同站至石羊站始发段复合地层的盾构掘进控制技术进行分析总结,介绍了盾构在始发段浅覆土上卵石下泥岩地层施工中存在的施工技术难点,提出了具体的解决办法及提高该地质层施工质量、防止地面塌陷、快速连续掘进的建议。

基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道地表沉降控制

目的为更准确地预测浅埋盾构隧道引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施.方法基于均质半无限空间假定,将浅埋单孔盾构隧道二向非等压初始地应力场分解为均匀应力场和单向应力场,利用弹塑性力学的Lame公式和Kiersch公式及摩尔-库仑屈服准则,定义了弹塑性解的位移边界条件.将控制地表沉降两大措施成功地应用于北京地铁十号线浅埋盾构隧道地表沉降预测及控制.结果得出适合浅埋隧道地表沉降预测的弹塑性计算式,对弹塑性计算式的分析显示,隧道围岩的弹性模量E和黏聚力c越大,地表沉降越小;泊松比μ、内摩擦角φ和膨胀角ψ越大,地表沉降也越大.提出通过减少围岩扰动和提高围岩性质两种控制盾构隧道地表沉降的方法.结论研究成果能较好地应用于浅埋盾构隧道的地表沉降预测及控制.

浅覆土大直径盾构穿越对河堤影响的有限元分析

以江阴澄江西路隧道工程为背景,采用基于地层损失率的位移控制有限元法(DCM),在自编Gleaves有限元软件中建立了DCM子程序,分析了浅覆土大直径盾构隧道开挖对河堤的影响。分析结果表明,浅覆土条件下,不同地层损失率对河堤沉降影响区别很大;为了保证河堤安全,地层损失率应控制在1%以内;通过现场监测结果对比发现,河堤最大沉降量为12 mm,地层损失率完全控制在1%以内,达到了很好的控制效果,保证了河堤的安全。

大直径盾构浅覆土下穿铁路桥涵的影响分析及施工控制

为揭示大直径盾构浅覆土下穿施工对铁路桥涵的影响,结合杭州环北地下快速路大直径泥水平衡盾构隧道工程实践,采用数值分析的方法对盾构穿越引起的运营铁路桥涵力学行为进行预测,并结合工程实测分析了盾构施工参数的变化规律、控制方法和桥涵变形的实施效果.数值分析结果表明:未进行桥涵区域的土体加固时,若直接穿越铁路桥涵施工,桥涵的最大沉降可以达到21.6 mm,且在桥涵中隔墙的顶部和底部出现应力集中,最大拉应力可达1.60 MPa;进行土体加固后,穿越铁路桥涵施工时桥涵的最大沉降为9.3 mm,部分区域的最大拉应力为1.46 MPa.工程实践中,常规情况下切口压力较静止土压力大15 kPa,为确保盾构穿越铁路桥涵结构的安全,切口压力调大至25 kPa.考虑上覆水土荷载降低约13%,盾构总推力降低约10%,转矩降低约10%,盾尾注浆量处于150%～200%之间可确保穿越铁路桥涵盾构施工安全.现场实测表明:当盾构机将要穿越桥涵时,桥涵结构产生3～4 mm的预隆起;待盾构穿越后,又产生约4 mm的沉降;盾构机通过3 d后,差异沉降降低并较快趋于稳定,最终稳定在0.01%左右.

盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的模型试验

针对目前国内区间盾构施工和车站施工工期矛盾的问题,提出盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的新方案。通过1∶10大比尺模型试验研究,介绍模型地层、开挖方案和支护方案的模拟,比较真实地再现新型车站的施工过程。得到盾构管片应变、收敛变形和洞周土体变位在整个车站施工过程中的变化规律。试验结果表明在模型地层构造和地应力的条件下,采用试验中的施工开挖方案和支护方案能够保证车站洞室在整个施工过程中的安全稳定,证明提出的新型车站施工技术是可行的。