地面爆炸下软硬不均地层超大直径盾构隧道动力响应分析

近年来港口危化品堆场爆炸灾害频出,盾构隧道面临着潜在的地面爆炸荷载威胁。采用多物质任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合建模方法,考虑到螺栓、钢筋、混凝土管片等多种结构复杂的非线性行为,建立了地面爆炸荷载下超大直径盾构隧道精细化模型,通过对炸药当量、埋深、爆源偏心距进行参数分析,研究了地面爆炸荷载对所处上软下硬地层隧道结构的动力响应和损伤过程,并对管片接缝处的变形模式及螺栓的塑性发展进行了分析。结果表明:在地面爆炸荷载下盾构隧道损伤由顶部向两肩发展,纵向接缝形成错动,环向接缝开合交替;区别于整体结构,超大直径盾构隧道在地面爆炸荷载冲击下应着重加强隧道两肩和接缝处的防护。

上软下硬地层CSM整体式止水帷幕施工关键技术

上软下硬地层且富水环境中,基坑止水帷幕的施工质量直接影响基坑开挖安全和变形控制。依托青岛市地铁7号线周村站深大基坑工程,从施工机械、施工方法和信息化角度探讨CSM工法,形成整体式止水帷幕施工关键技术。系统研究了CSM刀盘选型与配置,浆液材料配合比,双轮铣头多点喷浆技术及注浆参数,浆液制备、存储方法,跳打搭接循环施工方法,以及CSM钻进全过程数据信息化监测方法。基于现场监测结果,CSM工法水泥土墙深基本超出设计墙深0.5%,基坑开挖过程外围水位最大降深为1.5m,右邻省道最大沉降值为13.1mm,基坑开挖安全,表明CSM整体式止水帷幕适应性强、成墙质量好。

上软下硬地层盾构隧道施工控制技术

为解决上软下硬地层中盾构施工遇到的问题,采用理论分析的方法,并结合具体工程实例,通过分析土仓压力、推力、刀盘转速和掘进速度等掘进参数,验证施工措施的合理性。结果表明在上软下硬地层中,盾构施工采取“满土仓、小推力、低转速和慢掘进”的施工控制方法,能够满足地表沉降规范要求。文中研究结果可为相似地层中盾构隧道施工提供借鉴和参考。

上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术

针对上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术需求,融合双侧壁导坑法和拱盖法,提出一种适用于上软下硬地层的浅埋大跨地铁车站施工方法。在提炼出一些创新技术内容的基础上,开发出一套上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术。通过工程应用案例示范,给出了具体施工工序和施工参数。

“上硬下软”土层既有建筑基础加固方法

广西某工程项目地质条件复杂,土层力学特性变化明显,土层刚度呈现“上硬下软”状态,且分布厚度不一,多栋建筑封顶后出现不均匀沉降,本文旨在确定一种基础加固方案能够较好地解决以上问题。针对土层“上硬下软”的特点,对于沉降较大的区域创新采用“Φ377+Φ127组合钢管桩”进行基础加固,防止沉降继续发展。浅层硬壳层采用Φ377钢管桩提供承载力,深部软土层采用Φ127钢管桩深入原CFG桩下1~2 m,结合注浆工艺,加固松软土体,对原CFG桩桩底进行加固。对于沉降较小的区域创新采用高压注浆深层扰动技术,增加局部沉降。采用动阻力控制作为终桩条件,解决土层起伏剧烈地区桩端持力层无法判断的工程难题。“Φ377+Φ127组合钢管桩”极大地提高了原工程桩承载力,从而解决了坚硬土层难以沉桩、软弱土层承载力不足的工程难题。该基础加固方案成功解决了既有建筑的不均匀沉降工程难题,积累了宝贵的工程经验,为“上硬下软”复杂土层既有建筑基础加固提供了新思路,具有显著的经济效益和社会效益。

曲线段大直径盾构掘进引发管片上浮影响

为研究曲线段大直径盾构隧道在上软下硬地层对管片上浮的影响,针对曲线段盾构隧道施工开挖面支护力、管片上浮的施工风险因素进行研究,采用极限平衡法研究开挖面支护力稳定性的影响,对开挖产生的不规则类棱台型土体进行横向竖向受力分析,建立静力平衡方程,求解开挖面处于极限平衡时的极限支护力.进一步研究开挖面支护力、曲线段大直径盾构隧道在上软下硬地层掘进对管片上浮的影响,并且分析影响管片上浮的地质以及盾构掘进姿态等因素,提出相应盾构管片上浮综合控制措施.结果表明:当破裂角φ_(1)=29.0°,φ_(2)=25.5°时,极限支护力T=128.5 k Pa.应合理控制盾构掘进姿态,保证合理的支护力,防止在上软下硬地层大直径盾构盾尾注浆滞后以及浆液硬化滞后,隧道产生偏离曲线掘进轴线的上下摆动,造成管片上浮;对于上浮比较严重的区域,可以采用双液注浆法,阻止管片上浮;对于已经产生管片上浮的区域,可以采取“上压下放”的方式增加隧道的配重或采用抗拔装置施加外力来抵抗地下水上浮量.

青岛某隧道盾构法与矿山法施工交界处围岩快速加固方法与应用

隧道开挖遇到上软下硬地层等不良地质条件时,常采用多种开挖方法交替施工,不同开挖方法交界处的围岩若采用单一加固方式如隧道内超前注浆、洞内帷幕注浆等易引起隧道围岩的涌砂与塌方,甚至引起突水风险。本文基于青岛地铁某区间隧道围岩较为破碎且含水丰富等特点,提出了上软下硬地层、左右线地质条件差异较大以及地下水丰富(连通海水)等不良地质情况下盾构法与矿山法隧道交界处的一种安全、稳定且快速的加固方法。实践证明,该加固方式提高了围岩的力学性能,从而保证了隧道的安全施工,并减少了开挖引起的地面沉降。

钢管桩-注浆加固盾构换刀区稳定性分析

以佛-莞城际线路长隆隧道工程为背景,采用室内试验和数值模拟,研究常压开仓时换刀区失稳和渐进破坏过程.结合工程实际建立数值模型,采用快速拉格朗日差分法分析钢管桩-注浆方案常压换刀区地层的安全系数,对比分析钢管桩-注浆加固方案对换刀区地层应力释放和位移的控制效果.结果表明,常压开仓时盾构开挖面首先失稳,并引起土体流失以及土压力释放现象;随着刀盘后移,逐渐诱导换刀区地层出现大范围竖向位移,最终贯通至地表.采用钢管桩-注浆方案,换刀区安全系数得到显著提高,地层应力释放和位移均得到有效控制.与注浆加固方案相比,钢管桩-注浆方案具有工期短、污染少的优点且钢管桩可回收,不影响土体后续使用,为工程提供新的地层加固思路.

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。

上软下硬砂砾地层地铁通道施工技术比选

针对上软下硬砂砾地层地铁通道施工的复杂性,依托长沙市轨道交通5号线火炬村站通道施工,从适用性、工期和造价3个方面对比分析了暗挖法、矩形机械顶管和人工顶管法在上软下硬砂砾地层隧道施工中的优缺点,综合考虑各因素确定了人工顶管法施工。详细分析了人工顶管法施工技术,通过现场实践验证了人工顶管法在上软下硬砂砾岩地层施工的有效性,在保证城市道路路面安全的前提下顺利完成了地铁车站通道施工。

上软下硬地层盾构隧道开挖面稳定性数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件,对上软下硬地层的盾构开挖过程进行模拟,通过计算分析不同工况下的支护应力比和开挖面最大水平位移之间的关系,得出上软下硬地层隧道施工的安全盾构推力范围。结果表明:开挖面最大水平位移随支护应力比的减小而增大,数值模拟得出的最小支护力变化规律同实测值相一致,且盾构推力的安全参数范围为4.9~6.8。

上软下硬地层盾构隧道掌子面稳定支护压力分析

准确控制掌子面压力是保证盾构隧道安全施工的重要因素之一,通过建立砂层占比分别为100%、87.5%、75%、62.5%、50%、37.5%、25%、12.5%的掌子面稳定性分析的三维数值模型,得到了砂层–泥质粉砂岩复合式上软下硬地层掌子面失稳破坏规律,并在此基础上推导出在上软下硬地层情况下掌子面极限支护力理论计算方法。计算结果表明:掌子面破坏模式主要受上部砂层控制,破坏面一般发生在砂土地层中;随着砂层占比的增大,掌子面极限支护力呈非线性增大趋势且当砂层占比低于75%时,掌子面极限支护力增长较快;所提出的掌子面支护力理论计算公式能较好地预测掌子面下限支护力,其结果与数值模拟计算值误差在5%以内,该计算方法可为上软下硬地层中盾构掌子面支护压力的确定提供参考。

上软下硬地层车站侧穿危房控制措施与影响

青岛地区地层以花岗岩为主,且呈现“上软下硬”的特点,在此地层中地铁车站施工难度与安全风险大,且随着青岛市城市轨道交通建设步伐的加快,不可避免的会靠近建筑物密集区,施工时还需考虑对建筑物的保护措施。依托青岛地区某大跨度地铁暗挖车站工程案例,穿越地层为上软下硬的花岗岩,侧穿危房采用隔离桩加固。利用Midas GTS NX软件建立三维有限元模型,对有、无隔离桩两种工况下的位移对比分析,验证隔离桩加固效果,并通过实测结果验证数值模拟的准确性;通过有效应力分析得出本工程隔离桩加固机理。

复合地层盾构隧道管片施工病害特征及成因分析

上软下硬复合地层盾构隧道施工,极易发生管片裂损病害,对盾构隧道长期安全影响显著。以某地铁盾构隧道为依托,针对施工阶段管片裂损情况进行了大量现场调查,总结归纳了管片裂损分布规律及裂损特征。在此基础上,采用理论分析和扩展有限单元法,系统分析了管片裂损的成因机制。研究结果表明:盾构隧道管片衬砌裂损按照所占比例由大到小依次为环向区域性剥落、纵向裂纹、边角部裂损,环向区域性剥落和纵向裂纹属于结构性裂损,边角部裂损属于材料性裂损。纵向裂纹与千斤顶推力和接触面不平整有关,其产生及扩展多沿千斤顶推力分界面分布,裂纹扩展是能量积累—释放的往复过程,表现出台阶式渐进递增的特点,开裂机制为受拉破坏。环向区域性剥落与环间错台有关,与榫槽径向允许位移量8 mm相等的错台高差是管片发生环向区域性剥落的临界值。在上软下硬复合地层采用错缝拼装进行盾构隧道施工时,应避免使用带榫管片或减小管片榫槽深度。

南宁地铁2号线盾构选型设计与适应性分析

盾构的选型与设计对地铁区间盾构施工具有重要意义,其选型的合适与否直接影响到盾构施工的成败。针对南宁地铁2号线所遇到的黏土层、硬岩层、夹杂碎石砂砾层、上软下硬地层及岩溶地层等多种地层相结合的特殊复杂地质条件,提出盾构选型总体要求,开展对盾构动力设备、刀盘、刀具等关键部位的选型研究,同时优化防泥饼、螺旋输送机、小倾角皮带机和同步注浆设计方案以及地质加固方案。通过实际掘进参数和地表沉降数据分析,结果表明盾构设备选型及优化设计方案对南宁地区特殊复杂地质条件适应性良好。

上软下硬地层碴土改良试验及应用研究

针对南昌地区上覆富水砂砾石下卧泥质粉砂岩地层盾构掘进过程中存在碴土改良困难的问题,文章首先通过矿物成分分析及筛分试验得到了泥质粉砂岩的粘土矿物成分高（40.5%）、富水砂砾石微细颗粒含量低（29%）的特点,确定了盾构掘进时将极有可能出现结泥饼以及喷涌的问题,以此提出了采用泡沫剂进行碴土改良方案,并在考虑泡沫剂类型、碴土级配及含水率等影响情况下通过室内试验,得到了最优的室内试验改良参数,即刀盘在砂砾与泥质粉砂岩的面积比分别为2∶1,1∶1和1∶2时的泡沫添加比分别为25%-30%,37.5%-45%和40%-50%。最后,以所得试验参数为基础,考虑了室内试验与现场施工的差异因素,推导出了室内试验参数应用于施工的计算公式。通过现场应用及施工效果反馈,确定了从室内试验到参数推导的碴土改良方案具有良好的适应性。

大断面隧道在上软下硬地层中施工方法研究

当大断面隧道穿越上软下硬地层时,出于安全、成本及进度等综合考虑,单一的开挖方法往往不能满足施工要求,恰当的开挖方法需要在理论计算的指导下不断试验、分析和总结,才能有所突破。结合ANSYS10.0有限元计算软件和施工监测结果,对上软下硬地层中大断面隧道施工方法做了深层次的分析,通过对多种工法的实际量测结果的比较、分析,得出一些施工参数,可为类似地层施工借鉴,可为类似工程借鉴。

上软下硬特殊地层的加固换刀方法

在地铁盾构法施工中,最难通过的应属"上软下硬"地层,其表现为刀具损伤快且无法常压及压气换刀。针对深圳市填海区施工的特殊性在实践中采用旋喷桩将盾构切口环及刀盘前方进行加固及仓内砂浆回填的方法,彻底解决了"上软下硬"地质条件下的换刀难题,保障了换刀人员的安全,同时实现了低成本及短时间恢复掘进。

基于熵权模糊理论的上软下硬地层隧道施工风险评价

上软下硬复合地层隧道施工安全所面临的影响风险因素复杂繁多,具有模糊性和不确定性,使隧道施工安全得不到保证。结合现有工程实际,在影响上软下硬复合地层隧道施工安全的众多影响因素中,分层次地进行详细剖析,建立上软下硬复合地层隧道施工安全风险评价体系。用熵值赋权法计算确定各层次风险因素的影响权重,运用多级模糊评价理论对各影响因素进行逐级逐层综合评价,直至得出对上软下硬复合地层隧道施工的风险评级,计算结果符合工程实际,对类似隧道工程施工具有指导意义。

上软下硬地层隧道下穿建筑物矿山法施工风险控制

以青岛地区某区间隧道穿越建筑物工程为例,该地铁隧道因地质条件及周边环境的复杂性、不确定性等特点,采用矿山法施工,施工风险较高.本文结合该区间隧道工程地质及水文地质条件和周边环境特点,进行了数值模拟,结果表明,在上软下硬地层中采用矿山法分上下台阶施工安全、经济、快速,可以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,并提出了具体的风险控制措施,从而确保该工程的顺利进行.对将来隧道在上软下硬地层中下穿既有线或建构筑物的施工具有一定参考价值.