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。

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。

珠海隧道超大直径盾构浅埋极软地层施工关键技术

浅埋极软地层超大直径盾构施工存在冒顶漏浆、管片上浮、管片渗漏水、盾构姿态控制困难等重难点问题。依托珠海隧道工程,针对盾构始发一侧隧道埋深浅、周边地层极为软弱的特点,制定并采取了地层预加固处理、盾构机针对性设计、同步双液注浆系统改造及注浆方法优化、改进管片防水体系等系统性措施,浅埋极软地层重难点问题得到有效控制。单一的地层预加固措施对浅埋段管片上浮控制效果有限;厚浆与双液浆组合使用的分区注浆方法可实现缩短顶部浆液初凝时间和早强效果,有效解决了管片上浮及渗漏水;控制管片不均匀上浮可以避免管片渗漏水和裂缝漏水问题。

探地雷达在超大直径盾构穿越软土地区市政道路的应用与研究

超大直径盾构掘进穿越城市河流时,一般可通过预注浆对河道两侧和基础结构周边软土进行加固,由于对地下土层情况未知,预注浆达不到理想效果。由于地面存在加固结构,在地下土层沉降时通过水准测量监测很难发现地下土层情况,初期病害得不到及时处理;在地面下部出现脱空时,如果不能及时发现,就会造成坍塌;在地面出现沉降或坍塌时很难辨别病害范围,后续处理时很难判断注浆加固和填筑是否满足要求;以工程实例一、实例二为背景,详细阐述探地雷达通过无损探测技术解决以上问题。表明该技术具有较强推广力,技术成果可供类似工程参考。

富水卵石土大直径双模盾构浅覆土始发技术研究

盾构始发是盾构施工工序中的关键一步,其施工质量好坏直接关系到始发竖井及其周边环境的安全。为解决富水卵石土地层大直径双模盾构浅覆土始发,盾构切入土体易发生水土流失、洞门密封效果差、洞门破除困难等问题,结合紫瑞隧道盾构段出洞端地层情况及施工环境条件,采取“咬合素混凝土桩+袖阀管注浆加固+降水”综合措施进行端头加固;洞口处围护桩钢筋笼全部换用玻璃纤维筋保证盾构的快速安全始发;布置两道延伸钢环止水装置以及配套措施加强密封止水效果,最终形成一套适用于富水卵石土地层的大直径双模盾构浅覆土始发技术。

南京纬三路过江通道超大直径泥水盾构始发关键技术研究

南京纬三路过江通道工程始发段具有覆盖土层薄、左右线间距小、始发进洞坡度大、曲线始发、始发井空间小等特点。通过相关工程经验比选,采用水泥搅拌桩加固和冻结加固,由于始发段不能在始发架上转弯,因而采用割线始发技术;始发进洞时,洞门密封钢环的密封方式与安装精度决定了始发阶段的密封效果,本文介绍了一种新型的洞门密封方式;由于始发井设计长度方向空间不够,将钢负环设计为常规管片的分块方式,采用管片拼装机进行拼装;针对南京纬三路工程地质情况,系统地介绍了始发泥水建压技术。采用以上关键技术,纬三路过江通道工程始发阶段盾构实际掘进姿态与设计姿态保持在规范允许范围内,始发架牢固可靠,钢负环拼装定位精确,密封钢环密封效果良好。

超浅埋大断面滨海软土隧道施工工法研究

拱北隧道为一座滨海软土隧道,开挖断面达340 m2,采用超前管幕预支护下的多台阶分部开挖方案。采用ANSYS软件对五台阶15分区方案和四台阶8分区方案的隧道结构受力规律及安全性进行了数值研究。研究结果表明:1)采用五台阶15分区方案和四台阶8分区方案都能够满足结构安全要求,但在临时支撑拆除过程中,2种方案的施工安全性差异较大;2)四台阶8分区方案在下半断面临时支撑拆除后、三次衬砌尚未施作时,下半断面边墙及仰拱处的初期支护和二次衬砌受力较大,施工安全性较低;3)各部开挖后应及时施作初期支护,并应尽快施作第2层衬砌结构,以减小拱顶下沉和地表沉降。

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

滨海软土地层稳定性受外界施工影响显著,为阐明浅埋盾构隧道工程对地层的扰动机制,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,分工况研究各施工因素对地层的扰动效果。模型考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并参考实际工程中注浆层的性态变化,将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固间的关系分为3个阶段,分别模拟浆液的流动状态、初凝状态和终凝状态,进而将对应参数分区段赋予计算模型中新建隧道外注浆层,且伴随开挖过程对注浆参数进行实时调整。由此,真实地反映了盾构全过程,实现了对施工的精细化模拟。借助厦门地铁1.0D(D为隧道外径)埋深盾构隧道工程,通过现场监测验证了数值模型的可靠性,计算对比了浅埋开挖过程中以上4类施工因素对软土地层的扰动影响,总结了各因素在扰动变形中的作用效果。结果表明:刀盘顶推作用使前方土体径向扩张;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。研究成果对盾构浅埋开挖扰动预测及参数选取具有一定的指导意义。

浅埋盾构始发地层纵向合理加固长度计算式

为保障浅埋盾构隧道施工时盾构始发的安全性和稳定性,提出1种改进的对数螺旋线加直线的组合式滑动模式,并建立改进的端头土体极限平衡模型(M-SLEM),推导盾构始发时端头土体纵向合理加固长度的计算式;依托广州地铁18号线沙溪站盾构始发工程,计算M-SLEM和既有端头土体极限平衡模型(SLEM)下不同安全系数对应的端头土体纵向加固长度,对比隧道埋深、隧道直径、加固土体黏聚力和原状土体内摩擦角4种因素的影响及各自敏感性;采用数值模拟方法,验证2种模型下的土体滑移破坏模式和土体加固效果。结果表明:M-SLEM下,随着安全系数增大,端头土体纵向合理加固长度呈非线性增加趋势;端头土体纵向合理加固长度会随隧道埋深和隧道直径呈线性增加,随加固土体黏聚力和土体内摩擦角呈线性减小,且隧道埋深和加固土体黏聚力的影响相对较大;M-SLEM下的滑移线与数值模拟的吻合度较高,而SLEM明显低估了土体滑移范围;兼顾安全与经济,依托工程端头土体纵向加固长度取12.8 m时可获得良好的加固效果。

超大型泥水平衡盾构施工的三维非线性模拟

根据超大型泥水平衡盾构的实际施工过程,以长江隧道东线工程为依托,采用非线性有限元分析软件ABAQUS,对超大型泥水平衡盾构在浅覆土工况下的施工过程进行准动态非线性有限元三维仿真模拟.模型比较全面地考虑了盾构施工过程中土体、盾构、管片和浆体之间的相互作用,较好地反映了泥水平衡盾构的实际施工过程.分析结果和现场实测数据作了对比,结果证实了该方法的有效性.

软土地层浅埋盾构隧道地震易损性分析

以软土地区典型浅埋隧道为例,基于ABAQUS软件建立了相应的动力有限元模型,展开了大量的非线性时程分析。考虑场地土层的不确定性、输入地震波的不确定及土-结构接触效应的影响,以衬砌截面弯矩承载能力比为损伤指标,对典型浅埋隧道展开了地震易损性分析,得到了相应的结构易损性曲线,并和已有类似易损性曲线进行了对比分析。结果表明:土层越软,隧道地震易损性越高,同时也表明了区域场地条件对隧道地震易损性分析的重要性;地震易损性曲线定量刻画了不同地震强度下浅埋隧道结构性能水准概率,可为类似场地浅埋隧道的地震性能分析、损失评估和风险分析提供参考和依据。

滨海软土地层浅埋超大直径盾构隧道开挖面破坏机理及加固范围研究

为了确定软土地层中隧道加固的合理范围,保证盾构隧道在软土地层施工的安全性,以珠海横琴杧洲隧道工程为背景,开展了软土地层浅埋超大直径盾构隧道开挖面破坏机理及合理加固范围的研究。基于三维有限元分析,研究了加固范围对开挖面主、被动破坏形式及地表变形的影响。结果表明:随着加固土层厚度t的增加,地层受开挖扰动的区域逐渐缩小,地层显著位移区域由地表收缩至开挖面前方土体,破坏形式由整体破坏转为局部破坏,t=0.20D(D为隧道直径)相比t=0时地表沉降(隆起量)减少70%~80%,地表最大变形点沿纵向的位置基本一致,均在开挖面前方约0.5D处;随着t的增加,开挖面支护压力可调节范围增加,t=0.20D时相比t=0时可调节范围增加了32.5%,这使得实际施工过程更有利于维持开挖面的稳定性;结合经济及加固效果两方面考虑,实际工程进行地层加固时取加固土层厚度t=0.20D为较合理的方案。

单层玻璃纤维筋网在超大直径盾构接收中的应用与分析——以苏埃通道工程盾构隧道为例

为解决超大直径泥水盾构在临海淤泥地层穿越连续墙到达接收井的施工风险,以苏埃通道工程盾构隧道为背景,在盾构接收井超深连续墙迎土面设置单层玻璃纤维筋网,优化超深连续墙单层玻璃纤维筋网钢筋笼的设计、制作与吊装过程;从施工工艺、风险、工期和费用方面,分析盾构在单层玻璃纤维筋网连续墙到达和普通钢筋网连续墙始发的不同,得出以下结论:1)超深连续墙采用单层玻璃纤维筋+普通钢筋的组合钢筋笼,分节制作吊装,保证了钢筋笼的稳定性和吊装安全性;2)盾构接收井连续墙迎土面采用单层玻璃纤维筋网代替普通钢筋网,采用盾构直接切割通过,确保了超大直径泥水盾构到达施工安全;3)单层玻璃纤维筋网采用机械破除外层钢筋,避免了双层钢筋网连续墙的多次工序转换及人工破除风险高的问题,施工周期缩短60%以上;4)单层玻璃纤维筋网增强了对地层的支撑作用,有利于缩短接收端地层加固长度,提高效益。

超浅埋盾构隧道下穿供澳水管施工技术

新建珠海市区至珠海机场城际轨道交通项目拱北至横琴段盾构隧道下穿供澳混凝土水管,隧道围岩为软弱土层,且供澳水管属于生命线工程,距离近(4.8 m)、强度低、沉降控制要求较高。为了确保水管完好无损,进行了预穿施工试验,采用化学改良剂对土体进行加固,试验过程中通过实时监测及时修改注浆参数和掘进参数,监控上层土体的扰动,从而得到更加合理的施工参数。施工实践证明:预穿试验后得到的参数合理,可有效控制地面沉降,保证下穿供澳水管隧道施工安全顺利地完成。

软土浅埋超大直径盾构始发端头加固范围研究

为确定软土地层浅埋超大直径盾构始发端头加固的合理范围,以珠海杧州隧道为工程背景,采用有限元建模分析,研究了端头加固范围对素混凝土墙破除以及盾构始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果,以端头中心点水平位移为控制目标,得出横、竖向合理加固厚度约为0.28倍隧道开挖面直径,略大于理论计算值和工程经验值。盾构掘进模拟结果表明,当纵向加固长度超过盾构机长度后,横断面受剪区域未与地表形成“塑性贯通”,端头盾构掘进对地表扰动程度较低;如以地表最大沉降为控制值,软土地层合理加固长度为1.14倍盾构机长度,该结果与理论计算值接近,而略小于工程经验值。

春风隧道超大直径盾构浅覆土始发技术

为解决超大直径盾构隧道超浅覆土始发,洞门密封容易水土流失、掘进姿态和管片姿态难以控制的问题,结合春风隧道工程始发端地质情况和工程的实施条件,采取端头加固U型素地下连续墙包裹+三重管旋喷加固的方式加强止水效果,洞门分层分块破除降低施工风险;采取调整掘进坡度、固定负环管片保证其成型效果。同时,针对盾构在软土地层中超浅埋始发,易出现隆起冒浆等问题,采取反压盖板的方式,增大上部覆土压重,同时合理降低泥水舱压力,降低地表隆起的可能性,从而保证盾构始发的泥水正常循环,最终形成了一套超大直径盾构在超浅覆土始发施工技术方法。

前进式水平注浆加固在天津软土中的应用

在天津软土富水地层中,盾构始发和接收加固是盾构施工的重大风险点,如何确保盾构始发和接收安全是盾构施工的关键,而做好盾构端头井加固是确保盾构始发、接收安全的关键。阐述在软土中施工盾构隧道采用水平注浆法加固盾构井的施工工艺。通过对天津海河共同沟盾构始发、接收加固的过程控制,加固效果抽芯取样试验,证明前进式水平注浆加固在天津软土地区能够使用。

超大直径盾构在海域软土地层掘进推进系统参数控制方法研究——以汕头海湾隧道工程为例

为确保超大直径泥水盾构在海域软土地层掘进时盾构姿态满足施工需求,同时改善管片结构受力,减少管片崩角、破损的情况,结合汕头海湾隧道工程,建立盾构主机受力平衡方程,掌握在总推力一定的情况下各个分区压力、推力变化规律,分析推进系统各个分区输出不同推力时管片结构受力及变化情况,最终总结形成一种推进系统参数控制方法。利用该方法确定当总推力在50000 kN左右时,分区推力的建议控制范围和优选方案。

城市超软弱地层中浅埋隧道变形特征与实测分析

以杭州紫之隧道浅埋暗挖段工程为背景,采用FLAC3D对隧道开挖的全过程进行模拟分析。通过选取不同的土体改良参数,总结土体加固对地表沉降的影响规律,并给出了建议的最佳参数为原状土的150%。通过与实测数据的对比分析表明:沉降计算结果略大于实测结果,车道超载对地表沉降的影响有限,洞身收敛主要发生在竖直方向。

浅谈大直径盾构超浅埋软土地层始发的施工技术研究

结合杭州某隧道工程,介绍了大直径盾构超浅埋软土地层始发的施工技术。重点对隧址地层的岩土特性、水文情况、周边环境进行了分析,剖析了本工程大直径盾构超浅埋软土地层始发的重难点,并提出了解决措施方案。