软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。

高层建筑上部结构施工对邻近软土隧道影响的数值分析

已有研究表明,高层建筑从下部至上部的结构施工阶段,以及竣工后运营阶段,都会对邻近的地铁隧道产生影响。然而,目前国内关于高层建筑对邻近隧道影响的研究主要关注下部结构施工阶段,对上部结构施工阶段的研究成果较少。因此,本文针对城市化进程中高层建筑施工对邻近软土隧道影响的问题展开研究,以上海市某高层商办楼项目为案例,采用Plaxis 3D软件建立三维有限元数值模型,通过现场监测数据验证模型准确性后,分析了坑隧水平间距、坑隧垂直间距和基坑深度对隧道结构内力和变形的影响。研究发现,隧道的最大位移、轨道高差、上下行线差异沉降均会随着坑隧水平间距与隧道中心埋深的增加而减小,随基坑开挖深度的增加变化不明显,3个影响因素对隧道最大弯矩的影响均不明显;此外,3个影响因素对隧道沉降的影响程度相近,但坑隧水平间距为主要影响因素。

软土地层临近地铁基坑施工影响控制研究

随着城市地铁沿线地下空间的持续开发,基坑施工对临近地铁变形影响控制越来越受到关注。以上海某邻近地铁的基坑工程为例,通过实测分析和数值计算的方法研究了基坑开挖和拆撑对临近隧道变形的影响,并对伺服系统控制临近隧道变形进行定量分析。结果表明:覆存于软土地层中的隧道对临近施工扰动非常敏感,尽管大区基坑与隧道间距超过2.5倍开挖深度,隧道变形仍超过了监护要求的控制值;大区地下结构施工时拆撑对隧道收敛变形影响超过开挖影响的50%;应力伺服支撑系统对控制临近隧道变形比较有效,适当的“负位移”可以对隧道变形产生有利效果。

软弱土层的连拱隧道超前支护有限元分析及施工控制

以江苏某地铁站暗挖换乘通道下穿城市引桥工程为背景,研究连拱隧道穿越软弱土层超前支护施工控制问题,提出连拱隧道超前支护施工控制方法。采用MIDAS-GTS NX建立原始土层和全断面深孔注浆加固+超前小导管支护两种工况下连拱换乘通道的三维实体模型,分析通道开挖施工产生的地表沉降、拱顶沉降及对引桥的影响;根据有限元分析模型,确定连拱隧道超前支护注浆液的类型为AC液体、C液V(水玻璃)∶V(水)=0.6∶0.4,初始压力为0.30~0.75 MPa,终止压力为0.5~1.0 MPa,单位长度的注浆量为0.283 m^(3)。研究结果表明,注浆试验段开挖施工完成后,地表沉降最大值为5.57 mm,小于设计要求的沉降控制值10 mm,超前支护效果良好,能够有效提高连拱隧道加固效果。

高承压水软土地区联络通道盾构法施工对区间盾构隧道影响分析

[目的]盾构法联络通道施工过程中,顶推及切削作用将导致隧道交叉连接处受力显著变化,加剧破洞影响,减弱安全性能。为高效实现施工控制,需对主隧道结构受力特性进行深入研究。[方法]以天津地铁首个盾构法联络通道工程实例为依托,结合有限元软件模拟盾构法联络通道施工过程,分析该工法对主隧道结构受力与变形的影响,并提出相应控制措施。[结果及结论]在联络通道始发阶段,始发隧道受顶推和切削作用,洞口附近管片变形与受力变化显著,洞口对侧拱腰处管片水平位移最大;在接收阶段,接收隧道受切削作用和土体开挖卸荷影响,洞口附近管片内力变化显著,产生偏向联络通道的变形。整体上,受影响范围主要集中在联络通道轴线两侧各约10 m范围内,约3倍联络通道外径。基于此,需关注被顶推及洞口附近等重点位置管片,在保障施工安全的前提下,可优化内支撑体系,通过减少台车撑靴支撑范围至2倍联络通道外径、减小台车钢板厚度或支撑钢管壁厚等方式降低工程造价。

盾构穿越软土地层预加固数值模拟与变形控制

依托佛山地铁3号线创驹区间盾构隧道工程,采用数值模拟得到不同加固方式下的地表沉降和隧道变形,研究了盾构穿越全断面软土地层时的变形规律,提出一套盾构安全穿越加固建议,并结合现场实测,验证了模拟结果的正确性。研究表明:盾构在全断面软土地层中推进时,地表沉降、隧道拱顶沉降和水平收敛值均不断增大,且主要发生在盾构通过时及盾尾管片脱出后,同时该段也是预加固的主要作用范围;先行隧道对地表沉降影响大于后行隧道;盾构穿越未加固土层时地表沉降、隧道拱顶沉降、水平收敛最大值分别为27.7 mm、13.78 mm、10.57 mm,采用超前预注浆加固时各变形分别为未加固的57.0%、69.1%、61.0%,采用三轴搅拌桩预加固时各变形分别为未加固的32.1%、50.2%、43.0%,预加固可有效控制变形,且三轴搅拌桩变形控制优于超前预注浆加固。当盾构区间地面环境复杂,不具备地面加固条件时,建议采用超前预注浆加固控制地表沉降量及隧道变形。

高速列车振动下软土震陷对水下盾构隧道的影响

依托广州至湛江高速铁路湛江湾海底隧道工程,建立“地层-隧道-道床”数值模型,从不同软土层厚度和软土层相对位置两方面,研究高速列车振动下软土震陷对盾构隧道结构的影响。结果表明:盾构隧道沉降随软土厚度增加而增加,而加速度响应与软土厚度关系不大,速度响应初始时变化不大(软土厚度11.0~20.0 m),而后有所下降(软土厚度20.0~21.5 m),最后又迅速增大(软土厚度21.5 m以上);盾构隧道的动力响应受软土层位置影响较大,隧道未通过软土地层时,沉降量与速度值较小;隧道部分通过软土地层时,沉降量与速度值随着断面通过软土的比例增加而较快增加;隧道全断面通过软土地层时,沉降量与速度值增长迅速。

软土场地双线盾构地铁隧道施工数值模拟分析

以天津软土场地某双线盾构地铁隧道为研究对象,数值模拟了地铁盾构隧道掘进过程,研究不同计算方法、不同隧道埋深以及不同双线净距对地表沉降的影响。研究结果表明,双线净距越大、隧道埋深越小时,等效圆法所得的地表沉降结果与工程经验相差较大,不适用于双线隧道盾构施工地表沉降预测;叠加法能考虑双线隧道的相互干扰作用,获得地表W形沉降曲线;双线净距较大且隧道埋深较小时,地表沉降呈W形沉降模式,其他情况下均为V形沉降模式,地表沉降最大值随着隧道埋深和双线净距的增大而减小。

基于强度折减法的河漫滩软土浅埋偏压连拱隧道洞口边坡稳定性研究

以南京市乌龙山大跨浅埋偏压连拱隧道为背景,基于有限元强度折减法分析了隧道施工过程中洞口边坡的安全系数和塑性区分布特征,探明了不同坡角和隧道埋深下边坡稳定性情况与破坏模式发展规律,并提出相应施工建议。结果表明:边坡角度越大、隧道埋深越小时,隧道开挖过程中上覆边坡的安全系数越低。及时施作隧道衬砌能大幅度提高坡体稳定性,但当隧洞顶部埋深超过洞高的1.5倍后,衬砌加固效果相对有限;当边坡角度为60°时,坡体潜在滑动面将沿隧道浅埋侧拱顶附近产生,当隧道洞顶埋深达1.5倍洞高时,边坡破坏面不再经过隧道,而是分布于拱顶上方;针对隧道洞口段安全性较差问题,建议根据不同隧道埋深和边坡角度采用不同范围的坡表注浆加固方案。当隧道埋深>1.5倍洞高时,无须坡表注浆;当隧道埋深<1.5倍洞高且边坡角度<60°时,应在隧道浅埋侧施工前对坡脚至中隔墙区域进行注浆,且加固深度不应小于隧道拱腰埋深;当边坡角度达60°时,深埋和浅埋侧隧道施工前均需进行坡表注浆。

盾构掘进对浅基础建筑物的扰动及影响分区研究

软土地层中地铁隧道盾构掘进对上方建筑物的扰动效应明显。本文以典型软土地层为背景,模拟不同空间位置盾构下穿浅基础建筑物的扰动效应,分析地表沉降变化规律,探究盾构下穿独立基础、筏板基础、箱型基础建筑物的内力及变形特征,并基于复合准则和强度折减法研究了软土地层盾构下穿建筑物的影响分区。研究结果表明:建筑物沉降随隧道埋深的增加先增加再减小,在隧道埋深(H)=12 m时达到最大值;隧道埋深增加会导致建筑物的水平倾斜变小,最大倾斜值出现在H=6 m处;可将隧道衬砌及围岩的安全系数比值曲线突变点作为强、弱影响分区的界限。研究结果可为软土区盾构掘进对浅基础建筑物的扰动分析及影响区的划分提供参考。

软土地区河道开挖对下方地铁隧道变形的影响及其控制措施

[目的]地铁盾构隧道因上方河道开挖卸荷产生隆起变形,可能会影响地铁隧道的正常运行。为此,应就软土地区河道开挖工程对下方地铁隧道的变形影响进行研究,并制定地铁隧道变形控制措施。[方法]介绍了案例工程的概况,采用有限元方法对其实测数据进行分析,验证了土体本构模型及参数的合理性。基于具有典型软土特征的宁波地区地层剖面和土层参数,建立了土体简化模型,依次分析了河道开挖宽度变化对下方地铁隧道变形的影响、河道开挖深度变化对下方地铁隧道变形的影响、软土层埋深对地铁隧道变形的影响。介绍了门架式土体加固措施及门架式梁板加固措施两种变形控制措施,将考虑了控制变形措施的计算模型与基准模型的有限元计算结果进行了比较分析。[结果及结论]在土体加固和河道开挖阶段,下方地铁隧道变形分别表现为沉降和隆起;河道开挖断面面积相同时,减小河道的开挖深度、增加河道开挖宽度,有利于减少下方地铁隧道变形;地铁隧道竖向位移主要由其下方土体回弹变形产生;门架式梁板加固措施对于地铁隧道隆起变形的控制效果明显。

软土区盾构隧道下穿施工对在建高铁的影响研究

针对软土地层中地铁盾构隧道曲线下穿在建高铁的工程问题,提出采用桩板结构对下穿区域软土地层进行加固的工程措施,并运用数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了盾构下穿施工对软土加固区、高铁路基和轨道的影响。研究表明:采用桩板结构对软土区进行加固可以有效减小盾构施工对上部结构的影响;加固后的软土区域在盾构掘进时上部路基和钢轨变形均很小,而在远离桩板结构加固区域,其变形大于加固区域,说明在盾构下穿软土区段采用桩板结构进行加固对控制上部结构的变形具有显著的效果。

海河交汇区水泥搅拌桩加固技术初探

本文依托珠海隧道工程,针对超深欠固结淤泥地层,进行一系列不同配比、施工工艺、水灰比和QC-固化剂比例条件下的水泥搅拌桩加固试桩试验,系统研究了多种参数影响下辅道、明挖基坑和海域浅覆土加固试桩的成桩效果,发现掺入固化剂可获得更好的成桩效果和更优良的抗压性能。经加固处理的芯样其强度大部分在1~3 MPa,部分芯样强度可高达5 MPa,且桩身更为连续和完整。在其他参数相同的条件下,QC-固化剂占比高的芯样具有更好的完整性和强度,而水灰比对成桩效果及抗压强度的影响不大,四搅和两搅的施工工艺在单点土体切削次数达到20次或以上时,其对成桩效果和强度的影响无明显区别。最后对加固后的软土开展了微观电镜扫描试验,对比分析了经QC-固化剂与纯水泥固化剂加固后生成晶体对土体孔隙的填充现象,发现QC-固化剂对土体孔隙具有更好的填充效果。本水泥搅拌桩加固试桩试验在珠海海河交汇区软弱地层取得了较好的加固效果,可为沿海地区类似地质条件下的地基处理提供参考。

软土小净距并行盾构隧道后行掘进对先行隧道的影响

针对软土小净距并行盾构隧道后行隧道掘进对先行隧道影响,以宁波市区软土为背景,建立三维数值分析模型,通过实测数据验证了模型的采用参数、边界条件和掘进过程的合理性,计算了不同净距下,后行隧道掘进时先行隧道的位移和管片内力。结果表明:双线并行时,后行隧道掘进时主要引起先行隧道产生刚性位移,并导致先行隧道管片内力出现较大增幅,引入了最大弯矩、最大轴力净距影响系数以量化后行隧道掘进对先行隧道管片内力的影响。后行隧道掘进会对其前方2~3倍洞径和后方2倍洞径范围内的先行隧道产生影响。通过宁波城市轨道交通6号线望春桥站至天一家园西站区间小净距段管片设计选型对结论进行了应用验证,成果可为类似工程建设提供指导。

软土地层中水平冻结施工对上方运营地铁车站影响监测分析

为研究近接隧道水平冻结对上部运营车站冻胀变形的规律,以上海市18号线国权路站在建隧道下穿10号线上部运营车站冻结法施工为工程背景,通过监测数据分析研究冻结温度和车站沉降变形规律。分析结果表明:土体温度随着冻结天数增加,先急后缓地下降,并于50 d后低于-10℃,在隧道周围形成2 m厚的冻结壁。随着冻结程度的增强,冻结中心区域冻胀变形显著,其中侧墙初始沉降为2 mm,后持续增加到5 mm,并保持稳定;车站道床初始隆起为3 mm,后增加到10 mm,并达到稳定状态;车站立柱初始隆起为5 mm,后显著增加到23 mm,后期保持稳定。

软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术研究

为了解决原有软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术只计算单一的盾构掘进参数,导致控制效果不佳的问题,计算盾构机的铰接角度,确定铰接角度与千斤顶行程差间的关系,分析盾构掘进下地面沉降情况,计算盾构千斤顶的侧向压力和注浆空隙数值,设置相应的软土隧道盾构掘进参数,控制和分析软土隧道盾构掘进下多个施工要点,实现对地面沉降的快速控制。实验结果表明,与以往的软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术相比,在实际应用中设计的软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术,能够将地面沉降数值控制在–4.00~2.00 mm,控制效果更好。

浅埋软弱围岩隧道掌子面锚杆预加固参数分析

大断面浅埋隧道在软弱围岩中全断面开挖时,隧道掌子面核心土处于短暂稳定或不稳定状态,处理不慎便会造成核心土的失稳,因此采用玻璃纤维锚杆对核心土进行预加固是有必要的。结合格鲁吉亚某隧道工程实例,采用新意法理念,运用FLAC3D有限差分软件,对浅埋软弱围岩隧道全断面开挖时掌子面玻璃纤维锚杆加固长度l(5个工况)和加固密度β(7个工况)进行优化分析,结果表明:随着l或β的增大,目标掌子面挤出位移和拱顶前方位移逐渐减小,目标掌子面拱顶前方应力逐渐趋于原始状态;当l>6 m或β>0.75时,掌子面锚杆对核心土的预加固效果不明显,综合工程的安全性和经济性,取l=8 m、β=0.75较为合理,为类似工程提供了一定的参考依据。

软土地区双线盾构下穿机场跑道沉降规律研究

研究目的:本文依托天津地铁Z2线下穿滨海机场工程,在考虑机场不停航的情况下,对软土地区双线盾构隧道下穿机场飞行区引起的跑道沉降进行分析,探究盾构埋深及深孔注浆圈厚度对跑道沉降的影响,以得到合适的盾构埋深及深孔注浆圈厚度,并深入分析其对跑道沉降影响的规律特性。研究结论:(1)增大盾构隧道覆土厚度和管片周围深孔注浆圈厚度能有效地减小跑道沉降及差异沉降率,但对沉降的减小效果并非随注浆圈厚度增加而愈加有效;(2)双线隧道开挖完成后,道面横向沉降曲线呈现“V”形沉降槽,由于前后线施工叠加效果,最大沉降位置偏向后施工隧道一侧;(3)同一埋深下,后线施工对跑道最大沉降的影响小于前线隧道对跑道沉降的影响,且随着注浆圈厚度的增加,后线施工对跑道沉降的影响越来越小;(4)随着双线隧道先后掘进,机场道面的差异沉降率呈现先增大、再减小的趋势,后趋于稳定;(5)本研究结论可为软土地区双线盾构下穿机场跑道类似工程中的盾构埋深及深孔注浆设计提供参考依据、施工指导。

软土地层盾构掘进上浮问题及影响因素研究

为研究软土地层盾构掘进施工过程中管片上浮问题及影响因素,本文以某市地铁轨道交通x号线盾构施工隧道为研究对象,基于有限元软件,建立盾构施工管片上浮模型,研究不同未凝固区长度、浆液密度、注浆压力差、注浆填充率等条件下管片上浮量随距盾尾距离的变化规律。研究结果表明:1管片上浮量随距盾尾距离的增大前期呈上升趋势,后期均有缓慢下降趋势;2随未凝固区长度的增大、浆液密度的增大、注浆压力差的增大、注浆填充率的增大,管片上浮量在逐渐增大;3随着未凝固区长度、浆液密度、注浆压力差、注浆填充率的变化,管片上浮量的最大值所在位置均在距盾尾距离19.2m附近。

道路桥梁隧道软土地基处理

现阶段,虽然我国对于软土地基处理的相关对策得到不断优化,但其中依旧存在一定问题,从而需要相关人员持续探索,做好有效的道路桥梁隧道软土地基处理,进一步提高道路桥梁隧道施工的总体效益。