黄土盾构隧道开挖围岩扰动特性模型试验研究

为了探究不同含水率和埋深等工况下的黄土盾构隧道开挖对围岩的扰动作用特征,采用相似模型试验,首先通过三轴试验测定了不同含水率下原状黄土物理参数及强度指标,通过大量试配得到了不同含水率下与原状黄土强度指标参数相似的试验用土。其后,考虑盾构隧道盾尾间隙特征,开展不同含水率及埋深等组合工况下盾构开挖模拟试验,通过微型土压力传感器、百分表等监测元件以及数字图像技术等手段,分析了不同工况下地层变形、地表沉降和围岩应力的变化规律。研究发现:含水率较低时,围岩的自稳能力强;含水率越高,埋深越大,开挖对地层的扰动作用也越大;地表最大沉降值与含水率呈正相关,与埋深呈负相关;围岩剩余应力随含水率和埋深的增大而增大,但当含水率增大至一定值(26.6%)时,围岩剩余应力骤减;基于不同含水率下的围岩应力及变形发展规律,可将黄土含水率分为自稳、形变以及松动含水率,基于含水率和埋深引起的围岩松动情况,可将不同工况下的黄土盾构隧道围岩压力作用模式按照形变压力和松动压力计算,以更加适应黄土地层的特性。

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。

地铁盾构施工下穿既有明挖隧道模型试验研究

为探究盾构下穿施工对既有隧道结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市地铁5号线下穿6线隧道为工程背景,基于几何相似比配制地层和结构模型试验材料,并设计试验监测系统。采用直径1 200 mm小型盾构机,试验模拟盾构隧道以不同深度垂直下穿既有6线隧道的施工过程,并分析下穿过程中既有6线隧道和地层土体的沉降变形规律。结果表明:随着既有隧道底部地层距盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为1.5倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道拱顶距离分别为1倍洞径和1.5倍洞径时沉降最大差值为31.25%;6线隧道结构与其下方地层产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于80%。

长距离大埋深盾构隧道施工高效出渣施工技术

长距离、大埋深盾构隧道施工过程中,高效的出渣方式可以提高隧道施工效率,保障施工进度。以珠三角水资源配置工程为背景,提出了与盾构机配套的连续皮带机+垂直提升皮带机组成的出渣方式,并对其工艺流程、技术原理和操作要点进行了详细阐述。应用实践表明:相较于常规出渣方式,该技术可以有效提高盾构掘进效率,由平均6环/d提高至平均12环/d,掘进效率提高1倍左右,通过“水平+垂直”皮带机与盾构机联机的智能化控制及管理系统,可以及时预警,保障设备运行安全,具有较高的经济效益与安全效益,可为类似工程的出渣施工提供一定的参考。

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。

渗流作用下浅埋盾构下穿河涌研究

文章选取位于某城市的地铁盾构隧道近距离穿越河流施工作为案例,运用数值模拟技术构建其三维动态盾构隧道施工有限元计算模型,开展浅埋隧道跨越河流时的重力场效应、应力-渗透耦合场及瞬时降雨的影响等方面的比较分析。结果表明,对应力-渗流耦合场模型而言,其变形规律随着盾构穿越河涌长度而越来越贴近实际变形,说明浅埋隧道下穿河涌应考虑渗流应力场对盾构掘进的影响。

Research on Characteristics of the Lateral Settlement Trough Caused by Shield Construction

The characteristics of settlement trough induced by shield construction in soft soil area in Shanghai were analyzed based on test materials in situ. The shape of the trough, the relationship between trough and buried depth of tunnel, trough evolvement with time and relationship between trough width coefficient and buried depth of tunnel and time were profoundly researched by mainly using the methods of statistics, fitting, comparison and drawing, deriving the conclusions which are of important guidance in the area.

盾构隧道施工参数对地表沉降的影响研究

以广州市地铁十八号线万顷沙站—万横中间风井盾构区间隧道工程为研究背景,运用有限元软件,探讨了隧道埋深比、掘进压力、注浆厚度3种因素引起的地表变形的影响。在分析中使用控制变量法,在其他条件不变的情况下,改变掘进压力等施工参数并选取合理的值域后进行数值模拟,研究各种参数对地表沉降的影响程度。结果表明:(1)随着隧道埋深比的增大,横向地表沉降量峰值出现先增加后下降的变化规律,沉降槽曲线也逐步趋于缓和;(2)地面横向沉降峰值随掘进压力的增大而增大,当掘进压力超过掌子面土体应力释放值时,沉降量峰值与掘进压力成正比;(3)地面横向沉降量与注浆层厚度成反比。

考虑埋深影响的施工期管片上浮纵向分析改进模型及应用

通过引入考虑隧道埋深的地基弹簧,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立盾构隧道施工期管片上浮纵向分析改进模型,对不同埋深盾构隧道施工期上浮特征进行分析。结果表明:在地铁隧道一般埋深范围内,相同地层弹性模量下,随隧道埋深减小,管片累计上浮量、纵向弯矩和纵向剪力的最大值均增大,且增速越来越大;随地层弹性模量减小,不同埋深下管片累计上浮量、纵向弯矩和纵向剪力的最大值差值均增大。所提出的改进模型可用于定量评估埋深和地层弹性模量对施工期管片上浮的影响。

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。

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。

深埋调蓄隧道盾构管片密封垫结构及安装工艺试验研究

为探究大埋深、高水压盾构隧道管片防水性能,以苏州河深层排水调蓄隧道为建设背景,重点研究了盾构管片密封垫结构设计和安装工艺,分析了锚固式密封垫结构设计问题、安装工艺类型、缺陷管片修复方案及成品保护方案。研究结果表明:由于三元乙丙橡胶不可压缩,管片拼装困难,导致管片接头交会处混凝土被压碎,隧道渗水性增加。基于工程实践经验和具体工程地质条件,针对性地提出了2种密封垫结构设计方案。在锚固式密封垫安装过程中,提出了一种磁吸式方案,相较于自锚式和真空吸附式,其安装效率和安装步骤有待提高。基于锚固式密封垫安装试验,混凝土试验管片的浇筑质量不一,主要有密封垫嵌入完好及密封垫角部被拉出2种情况,后者主要是由于混凝土振捣过程不充分导致的。基于此,研究提出了更为合理的自锚式密封垫设计尺寸和系统性的缺陷修复方案。提出了采用锚固式密封垫方案的盾构隧道管片成品保护方案。

盾构隧道斜交下穿南水北调暗涵影响研究

以北京地铁12号线为背景,针对四季青站—远大路站区间盾构斜交下穿暗涵及其变形控制问题,数值分析手段展开下穿施工时暗涵及土体变形规律,并结合试验段展开监控量测及数据分析,以探讨基于盾构掘进参数控制的地表变形规律。经研究可知,盾构掌子面前方6~16 m处暗涵及土体受施工扰动较大,因此需要在两工程交叉处,沿盾构方向20 m范围内强化监控量测,并依据监测结果及时做好变形控制;施工时土舱压力保持在理论计算值的1.17~1.23倍内土体较为稳定;相比掘进速度,注浆量对地层变形的影响更明显,故施工过程中应做好注浆量控制。

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。

盾构隧道抗震分析近似解析解及其应用

为简化深埋地下结构的抗震分析,基于连续介质福季耶娃法,给出了求解P波和S波共同作用下盾构隧道的近似解析解求解方法,并与福季耶娃法数值解的计算结果进行了比较.结果表明,2种方法获得的内力——弯距和轴力的分布规律基本相同,说明近似解析解可以用于深埋盾构隧道抗震分析,且能大大减小数值计算的复杂性和工作量.

盾构隧道开挖引起既有管线的竖向变形

建立了基于双参数Pasternak地基模型的管线竖向变形计算方法,第一阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析方法计算盾构隧道开挖引起的既有管线轴线位置处的土体自由位移场;第二阶段将既有管线视为Pasternak弹性地基上的无限长梁,将土体自由位移施加于管线,推导并求解了管线的平衡微分方程,得到了管线竖向位移和内力的表达式.进一步推导并求解了考虑侧向土体作用时的管线平衡微分方程,得到了更符合实际的管线变形.基于简化弹性空间法获得的地基参数,将Pasternak地基和Winkler地基的解析计算结果与数值计算结果以及工程实例监测数据进行对比验证,证明了Pasternak地基模型的优越性和本文计算方法的有效性.

管隧平行时地下管线沉降的影响因素分析

采用FLAC3D有限差分计算程序,考虑了管线沉降的土质、材质、直径、埋深、管隧水平间距等影响因素,建立了盾构隧道—土体—地下管线相互耦合的三维数值计算模型,模拟了盾构隧道开挖对平行地下管线沉降的影响。计算结果表明,管道周围的土质及其材质、直径、埋深、水平间距等因素对管线沉降的影响较为明显,在施工中应给予重点关注。

盾构掘进对周围环境的影响分析

盾构机在城市地铁建设中得到了广泛的应用，但在盾构掘进过程中会引起地层损失，过大的地层损失，可导致较大的地面沉降，对地面建筑物、地下管线等设施产生不利影响甚至会导致破坏，引起较大的经济损失。为此，本文以实际工程为例，对盾构掘进过程中引起的建筑物、地下管线位移以及引起的地下水位进行了监测，得到了规律性的结论。

新建盾构隧道施工对既有铁路路基的影响研究

结合武汉地铁区间盾构隧道下穿合武铁路工程,采用数值模拟计算的方法研究盾构施工过程中路基及地层的变形,分别从埋深、地层加固措施方面对铁路路基沉降的影响规律进行分析。研究结果表明:盾构掘进过程中,盾构开挖面距路基中心线约6 m时,既有路基就已产生明显的沉降,且先行隧道施工对路基产生的扰动尤为显著;路基沉降槽宽度随隧道埋深的增大而增大,沉降槽曲率及峰值逐渐减小,在此地层条件下,隧道埋深增大到一定程度后路基沉降仍超过了限定值;对隧道周围土体采取注浆加固措施能够有效控制地层的沉降,保证列车安全正常运行。

高压富水地层超深埋特长隧道施工技术研究

研究目的:我国修建的锦屏隧道全长17.5km,具有洞身埋深大(2375m),断层、褶皱、可溶岩发育,独头掘进无轨运输距离长(9800m),施工工期紧(50个月)等特点。迫切需要解决出现高压涌水及跨岩爆地质灾害、威胁隧道施工安全的问题。研究结果:通过流体力学模拟试验,采取择机封堵、超前帷幕注浆、径向封堵灌浆、摸袋和索囊封堵灌浆等技术,有效封堵了高压大流量地下水;通过离散单元法数值模拟试验,采取超前应力解除、控制爆破及水胀式锚杆、挂网、钢筋拱肋、喷超细沸石粉添加剂混凝土等岩爆预防措施,有效防治了岩爆灾害;通过气体力学模拟试验,研究了大功率射流风机及射流巷道式通风技术,解决了独头掘进超长距离的无轨运输施工通风技术难题,创造了独头掘进9800m无轨运输的世界记录;通过综合超前地质预报、岩爆与富水段喷射混凝土、特长隧道快速施工及监测等技术的深入研究,提高了超前地质预报的准确率(85%以上)及施工效果。锦屏隧道的成功修建,总结了一套高压富水地层深埋特长隧道综合施工技术及工艺,推进了我国隧道施工技术的发展。