上软下硬地层隧道盾构施工地表沉降影响因素及规律研究

为研究盾构隧道穿越上软下硬地层时,开挖面内不同土岩厚度比对地表沉降的影响,以贵阳轨道交通3号线某区间隧道为工程背景,保持隧道埋深和双线隧道间距不变,建立7种工况下的三维有限元模型,通过与实测数据对比分析得到沉降规律,并利用双线隧道的44组地表沉降数据,拟合出适用于当地复合地层的Peck分段公式。研究结果表明:从整体看,数值模拟的沉降曲线均为W形,地表最大沉降位于先行隧道上方;穿越红黏土层时地表更易受到扰动而产生不均匀沉降,随着土岩厚度比的减小,模拟曲线对称性增强,左右隧道的沉降差缩小,整体沉降值基本表现为减小趋势;总结土岩厚度比与修正系数的关系,图表显示Peck分段公式能较好地预测贵阳上软下硬地层的沉降规律。

上软下硬地层大直径泥水盾构机针对性设计与应用

泥水盾构机在上软下硬地层施工会出现诸多问题,例如刀具异常磨损、刀盘振动开裂、主驱动超载偏载、姿态失准和超挖失稳等。因此,在现有行业研究成果和施工经验的基础上,依托深圳市妈湾跨海隧道工程,根据工程地质和水文条件,进行了适应性分析和针对性设计,提出了大直径泥水盾构机应配置大规格轴承,常压换刀刀盘,配置具有伸缩功能的主驱动、可自由分组调控推进系统以及搭载准确性高的传感设备和数据算法系统,来应对上软下硬等复杂工况的方法。该方法在应用中提高了施工效率,避免了失效、失准、失稳以及超挖等次生风险,可为后续类似工程盾构机选型提供参考和借鉴。

上软下硬地层浅埋暗挖隧道覆跨比研究

从强度要求和变形要求两方面分析了具有明显刚度差异地层中浅埋暗挖隧道的覆跨比影响因素。以青岛地铁某车站为例,运用有限元分析方法研究了覆跨比与地表位移的关系,并分析了不同覆跨比下的开挖稳定性。研究表明地层条件是浅埋暗挖地铁车站覆跨比的决定因素;在"微风化～强风化"花岗岩地层中,极限覆跨比不应小于0.419;加固区等效变形模量是影响浅埋暗挖车站开挖环境变形的主要因素。

上软下硬地层隧洞开挖面极限支护力及变形规律

确定隧洞开挖面极限支护力最值在隧洞开挖中极为重要。当盾构机通过上软下硬复杂地层时,若隧洞开挖面支护压力控制不当,极易引起隧洞开挖面失稳,对施工安全构成巨大威胁。针对上述状况,采用引入孔隙水压力修正后的计算模式对某盾构隧洞开挖面极限支护力进行了理论计算,并利用数值模拟方法对上述计算结果进行了验证。对复杂地质条件下盾构施工引起的开挖面变形及开挖面前方地表沉降、隆起规律进行了分析。相关成果可为复杂地质条件盾构隧洞开挖面极限支护力最值的确定及安全施工提供依据。

上软下硬地层浅埋暗挖工法适应性模拟

以青岛地区埋置于上软下硬典型地层中的地铁车站为例,选取双侧壁导坑法和单拱大空间法,利用三维有限元软件对两种施工方法的整个开挖过程进行数值模拟,重点对开挖过程中的地表和拱顶位移、围岩应力和支护结构内力等方面进行了分析。研究表明,与单拱大空间施工方法相比较,在上软下硬地层中采用双侧壁导坑施工方法能有效控制地表和拱顶沉降以及衬砌和支撑结构受力,确保施工过程的安全。

上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析

极限支护力是保证盾构隧道开挖面稳定性的关键参数.但目前鲜有学者研究上硬下软地层中盾构隧道开挖面极限支护力的现状.本文基于极限平衡法和筒仓理论,假设破坏面为折线,建立了适用于该地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算模型,并得到其计算公式;进而对该地层模型进行数值模拟.结果表明,与不考虑地层分层的传统方法相比较,本文方法与数值计算结果更为吻合,证明了当开挖面横跨上硬下软地层时考虑分层的必要性.在此基础上,对埋深、上下土层厚度及土体强度指标等参数对极限支护力的影响进行了分析.结果表明:当上下地层土质不同时,考虑分层与否所得的极限支护力差异较大.因此,上硬下软地层不能等同于均质土层,在工程实践中需予以考虑.

上软下硬地层暗挖地铁隧道合理岩跨比探讨及实例分析

岩跨比选择是上软下硬地层地铁隧道规划设计中的关键技术问题之一,文章在对上覆软弱地层厚度、隧道跨度和下卧围岩质量进行深入分析的基础上,采用经验公式与数值计算相结合的方法,对地铁隧道合理岩跨比进行了综合探讨,并结合工程实例进行了验证分析。结果表明：地铁隧道合理岩跨比受上覆软弱地层厚度影响较小,受隧道跨度和下卧岩层质量影响较大;隧道跨度越大、岩层质量越好,合理岩跨比值越小;将0.27-0.3和0.5-0.6作为青岛微风化岩层大跨地铁车站隧道和中风化岩层塔柱式地铁车站隧道合理岩跨比范围有可靠理论依据。

上软下硬地层盾构掘进姿态施工参数模糊控制研究

盾构施工法在城市地铁施工中已经成为主要方法,盾构在掘进中的姿态控制是确保隧道施工质量的关键技术之一。上软下硬地层是一种开挖地铁隧道时遇到的复合特殊地层,上部土层或软岩具有不稳定性,而下部岩层又具有很高的强度,盾构施工时,盾构机有向软弱地层方向偏移的惯性,因此与均一地层相比,盾构在上软下硬地层掘进时姿态控制更需要关注。由于地质条件复杂,影响盾构掘进姿态的因素较多,盾构掘进姿态控制难度较大。依托某实际工程,运用BP神经网络模型对掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩、油缸总推力、上下油缸推力差以及土与岩在掘进面占比等施工参数对盾构隧道轴线偏移量的影响进行比较详细的研究,得出盾构施工参数对姿态控制的影响及其规律。

上软下硬地层隧道盾构施工引起的地表沉降研究

以大连地铁5号线地区盾构施工为背景,研究了在穿越上软下硬地层时盾构施工引起的地表沉降。运用线性回归和实测数据相结合的方法研究了盾构隧道掘进过程中地表沉降的规律,在Peck公式中引入最大地表沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β对公式进行修正,使其适用于大连地区上软下硬地层中盾构施工的地表沉降预测。结果表明,当α、β的取值范围分别为0.249~0.612和0.551~0.739时,修正后的Peck公式预测曲线与原始Peck公式曲线相比误差更小,预测结果更可靠。

上软下硬地层中盾构法隧道施工技术

以深圳勘察项目为例,分析地铁隧道穿越花岗岩残积土形成上软下硬土层的机理和工程物理力学特性,详细介绍盾构法在不同地质情况下,掘进参数和渣土改良的关键技术,并为类似工程提供参考。

地铁盾构区间隧道的矿山法施工

盾构法隧道施工经常会遇到上软下硬不均匀地层,此时倘若隧道下穿既有线或建筑物不具备开舱换刀条件,将会导致盾构机无法正常掘进。在深圳地铁5号线盾构区间上软下硬地层中,局部改用矿山法开挖、初期支护后由盾构机拼装管片通过的施工方法,其经验可供地铁隧道施工参考。

千斤顶推力不均对盾构管片裂纹扩展的影响研究

针对上软下硬复合地层盾构隧道施工阶段千斤顶推力不均造成管片裂损问题,基于扩展有限元理论,运用ABAQUS有限元软件,建立管片三维有限元模型,模拟3种推力不均工况,对裂纹形态特征、扩展规律、扩展路径进行分析,并提出相应的工程改进措施。研究结果表明:管片裂纹多位于最大推力位置,裂纹形态表现为边角部、手孔和螺栓孔附近大范围线状裂纹。千斤顶推力大小、位置与管片裂纹的分布形态直接相关,千斤顶推力越大,最大推力位置越靠近端部,管片裂损区域越大。裂纹扩展呈现台阶式递增的特点,可以分为3个阶段,第三阶段的裂纹扩展最迅速,管片结构出现区域性破坏。通过优化管片结构、控制施工不良荷载与盾构姿态等措施,可减轻盾构施工阶段管片裂损程度。

上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究

在上软下硬地层中进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及既有建(构)筑物。文章依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用数值模拟和现场监控量测相结合的方法,利用三维有限差分软件FLAC^(3D)建立了下穿施工过程数值计算模型,分析"八"字形隧道下穿既有道路施工过程中,路面沉降特性及地层沉降规律,并通过现场多种监控量测手段加以对比验证。研究结果表明:地表沉降槽总体呈"人"字型,在隧道间距小于2.0D时,左右隧道拱顶沉降槽叠加效应明显。在隧道间距小于4.0D时,地表沉降有较大叠加;左右隧道开挖引起的上覆地层变形影响范围随深度增加而减小,减小速度随地层深度增加而增加;通过分析模拟过程中每一开挖步引起的地表沉降量,论述了超前支护措施对控制地表沉降的作用,并就超前注浆参数进行对比研究,进而优化了施工工法与支护对策。

上软下硬地层盾构法隧道地表沉降的数值模拟预测

以广州市轨道交通四号线南延段资讯园站—塘坑站区间为工程背景,针对其上软下硬的地层特点,运用有限元数值模拟软件Midas GTS NX建立土压平衡式盾构三维模型.对盾构隧道施工引起的横向地表沉降进行了预测,进一步采用工程实测数据和经验公式Yoshikoshi预测结果,通过对比分析以验证预测模型的可靠性.结果表明:当盾构开挖穿越复合地层时,为提高数值模拟预测结果的精度,应考虑复合地层的分层情况;模型具有较高的精确度,所输出的预测值可较好的预测实际施工中的地表沉降.所得结论对广州轨道交通及类似上软下硬地质条件下的盾构隧道施工地表沉降控制有一定参考价值.

上软下硬地层盾构掘进关键技术

根据深圳地铁11号线某盾构区间工程的实际情况,分析了盾构施工的难点,阐述了小里程段与大里程段上软下硬地层的掘进技术,总结了掘进过程中的注意事项,以供同类工程参考。

厦门地铁上软下硬地层盾构施工引起的地表沉降研究

针对厦门地铁1号线莲坂站~莲花路口站盾构区间隧道工程,通过现场监测和数值模拟,研究在上软下硬地层中过渡区盾构法隧道施工对地表沉降变形规律的影响。研究结果表明:上软下硬地层地表横向沉降受硬层比的影响比较明显,基本上表现为随硬层比增大,地表沉降量整体减小且沉降槽变浅的趋势。其中隧道轴线正上方以及轴线附近监测点的沉降量受硬层比的影响相对于远离隧道轴线的监测点要大;上软下硬地层地表纵向沉降受硬层比的影响主要表现在地表纵向沉降量及开始和结束的位置变化上,随着硬层比的变大,盾构施工对地表纵向沉降量及其影响范围都在缩小;通过研究隧道轴线正上方监测点地表最终沉降值与硬层比的关系,建议将硬层比15%~85%视为开展上软下硬地层地表变形研究的阈值。

上软下硬地层基坑支护型式-吊脚桩支护结构分析

结合青岛地铁一期工程(3号线)人民会堂站对青岛地区典型的上软下硬地层常用的支护结构—吊脚桩支护结构进行分析,总结了此种支护体系中两个关键设计参数,桩体嵌岩深度和锁脚锚索预加力对支护体系的影响规律,并与施工现场监测数据进行了对比分析,为以后的工程实践提供一定的参考。

盾构穿越软硬复合地层开挖面稳定性分析

盾构穿越复合地层尤其是上软下硬地层时,开挖面失稳形式多样、受力机理复杂,由于开挖面失稳而导致的工程灾害时有发生.依托佛莞城际铁路隧道工程,构建三维有限元数值模型并引入参数地层复合比对部分楔形体理论进行改进,分析盾构穿越上软下硬地层时不同地层复合比和软土内摩擦角对开挖面稳定性的影响.研究结果表明:盾构开挖面最大变形出现在软土区域中某个特定位置,与软土比例有关;开挖面位移随着支护压力的减小可分为缓慢增长、急剧增大、失稳破坏三个阶段,当支护压力比接近极限支护压力比时,开挖面变形将急剧增大;改进的部分楔形体模型理论解与数值模拟结果相吻合,该理论具有一定的合理性.研究成果可为类似地层隧道盾构施工提供一定的理论指导.

上软下硬大跨车站隧道施工方案研究

依托大连地铁二号线兴工街站,充分组合使用超前大管棚与小导管注浆、双层初期支护、增设大拱脚、拱部后期径向注浆和纵梁底岩体注浆加固多种控制措施对围岩变形进行控制。利用有限元软件对组合变形控制措施的施工效果深入分析,发现随着支护措施的逐渐增强,地表最大沉降值逐渐减小,控制效果明显;双层初期支护和增设大拱脚对控制地表沉降效果最好。结合监控量测进行现场实证变形控制效果,实测结果与数值模拟的地表沉降规律非常相近,证明了数值模拟结果的合理性。研究成果可以为此类隧道修建积累实践经验,指导今后的隧道设计与施工。

上软下硬地层富水浅埋隧洞初支沉降及注浆止水防控技术

针对上软下硬地层中隧洞上台阶拱脚未坐落于基岩时,容易引起初支整体下沉、地表沉降过大等问题,以滇中引水龙泉隧洞出口段为工程背景,分析了隧洞开挖引起的沉降规律及原因,并进行了水泥-水玻璃双液浆胶凝试验和地表注浆现场试验。研究结果表明:地下水入渗是引起初支整体下沉和地表沉降过大的主要原因;上台阶开挖是引起地表沉降和拱顶沉降的主要阶段,约占各自沉降的68.01%和76.28%;基于双液浆胶凝试验和地表注浆现场试验,认为胶凝时间控制在25 s左右较为合理,采用地表注浆取得了较好的止水效果,地表沉降和拱顶沉降显著减小。