盾构隧道注浆对既有隧道影响的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,越来越多的新建盾构隧道近距离穿越既有隧道,然而对于盾构隧道近距离穿越既有隧道影响的研究尚不够完善。以上海典型软弱地层为背景,通过离心模型试验,研究了不同注浆率下的盾构上穿越施工对既有隧道以及周围地层的影响。选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在不停机状态下成功模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆效应。分析了在不同的注浆率条件下,既有隧道在上穿越施工期和工后长期的位移、周围孔压和纵向应力的变化规律。试验结果表明,新建隧道近距离上穿越既有隧道时,隧道开挖的卸载效应等会导致既有隧道的隆起,但随着注浆率增大,既有隧道的隆起量减小。但过高注浆率对周围土体扰动较大,从而导致工后既有隧道的沉降也越大。     

Research on Construction Technology and Formation Deformation of Shield Tunneling Under River

In view of the construction technology and formation deformation of the existing rivers under the subway shield interval tunnel, relying on Zhengzhou rail transit line 17 shield tunnel through the south-north water transfer channel project, using the trial tunneling method of shield tunnel test section to optimize all kinds of construction parameters, and the formation analysis and calculation of the determined digging pressure, noting the final parameters that are determined by comparison between the extractive parameters such as pulp pressure, and they are used in MIDAS GTS/NX finite unit analysis software for numerical simulation analysis, combined with on-site testing, to study the variation of different depth formation subsidence values and horizontal displacement values when passing through the south-north water transfer canal under water conditions, and put forward the reinforcement scheme of shield tunneling through the general river bed and hole. The results show that the maximum subsidence of the trunk canal shield through the bottom is 11.3 mm, and the verification parameters are reasonable and feasible. The horizontal subsidence trough of the soil above the over-soil layer at the top of the main canal embankment is distributed by Gauss. The sinking distribution can be estimated using the Peck formula, the middle of the layer subsidence trough is distributed horizontally, and the soil subsidence trough below it is inverted hump-like distribution, with the peak point directly above the center line of the two tunnels, and the vertical zero horizontal displacement surface is located in the middle line position between the two tunnels, and the horizontal zero horizontal displacement surface is located. The horizontal displacement curve of the soil layer above the soil layer is inverted S-type, the maximum displacement appears at the anti-bending point of the surface sedimentation trough curve, the horizontal displacement curve of the soil layer on the horizontal zero horizontal displacement surface is zero, and the lower soil layer curve is double-inverted S-shaped. In the construction, we should pay attention to the monitoring of the vertical subsidence and horizontal displacement of the deep soil, adjust the shield parameters and reduce the horizontal and vertical shearing effect of the deep soil on the surrounding pipeline, inner pile base and other structures during the construction of the shield.

     

软土地区盾构掘进速度对地层扰动现场试验研究

针对上海软土地区盾构隧道工程,在盾构穿越监测断面全过程调整掘进速度,观察监测断面的水、土压力以及地层稳定性变化。根据实测并结合土体固结比、承压水等地层土性影响,运用土体扰动机制综合评定掘进速度改变的影响规律。分析表明,盾构在软土地区4倍直径(D=6.2 m)埋深地层中施工,在盾构土舱压力、注浆量等参数均不变的条件下,仅调整千斤顶推进速度变化对土体压力及变形的扰动效应有较大影响。盾构推进速度降低会使水、土压力的扰动空间范围减小、扰动所产生的压力增量减小,也使地表隆沉变化值更稳定。相应变化值由埋深和推速降低比例决定。试验为今后判断软土地区4D埋深盾构掘进速度扰动效应提供参考。     

南京地铁运营隧道变形的工程地质机理研究

根据南京地区的工程地质与水文地质条件和多年隧道结构变形的监测资料,系统分析了不同地貌单元内隧道结构的变形特征,指出影响南京地铁隧道结构变形的主要工程地质因素是盾构隧道的软土问题和矿山法隧道的水文地质问题。结果表明:南京地区发育不同成因类型的软土,特别是长江河谷平原区软土,具有高孔隙比、高含水量、高压缩性、结构性强等特性,易导致隧道结构发生不均匀沉降。同时,穿越丘岗地区的矿山法隧道,一旦上游水源补给量超过正常值时,易导致隧道结构的衬砌逐渐抬升变形甚至引发运营中断事故。这一研究成果为南京地铁运营隧道结构变形分析提供了工程地质方面的理论基础,以便采取针对性的措施及时控制变形,确保安全营运。     

斜井盾构掘进时富水围岩变形特性模拟分析

在富水软岩地层中进行盾构掘进施工过程时,围岩应力状态会发生变化。准确掌握其变化规律,有利于采取合适的处置方法,避免发生斜井垮塌涌水和卡盾抱箍等工程事故。以往研究一般只考虑盾构、斜井和软岩中的一个或两个条件,也未对有无渗流两种工况进行对比,并较少涉及不同埋深条件下坡度的影响。文章采用有限元计算模型研究盾构在富水软弱地层中掘进过程中围岩的力学特性,通过选择若干观测断面进行监测,得出软岩整体呈现“横鸭蛋式”椭圆形变化趋势,且顶部比两侧和底部更容易受到施工扰动,在渗流条件下该趋势得到加强;设定5种埋深和5种斜井坡度条件,模拟盾构在掘进过程中不同条件下顶部和侧向监测点的位移,结果显示:盾构洞周拱顶竖向位移一般大于两侧水平位移;当斜井纵坡坡度<4°时,盾构顶部监测点竖向位移与侧向监测点水平位移相差较小,但均随斜井埋深的增大而增大;坡度超过4°后,盾构掘进引起的顶部竖向位移与侧向水平位移间差值随着埋深的增加而逐渐增大。     

盾构动态掘进中围岩变形特性的数值实验研究

为了解软弱土层盾构隧道围岩的变形特性,结合某市地铁盾构下穿既有桥梁结构工程实例,建立每个分析步下盾构动态掘进三维数值模型。模型建立在库仑屈服准则和孔隙水达西定律推导的固结有限元方程上,综合考虑刀盘扭矩、推进力、土仓压力、桥基荷载及孔隙水压力等影响盾构施工质量的诸多因素,结合室内三轴实验和现场实测数据,对盾构动态掘进过程建模原理、模型合理性、围岩变形特性及桥梁结构安全等问题进行研究。研究结果表明:盾构掘进对围岩变形影响表现为接近、穿越和远离3个阶段;盾构接近断面时,受刀盘扭矩、推进力和土仓压力的影响,前方地表出现拱起;盾构穿过、远离断面后,围岩发生沉降、向隧道内和向前运动趋势,变形主要集中洞口上方,呈槽型;地表/桥基沉降计算和实测值吻合,围岩变形能够满足盾构隧道施工安全。     

盾构近距离穿越施工对已运营隧道的扰动影响分析

基于盾构施工对周围土体及构筑物的扰动影响机理,通过实测数据对盾构近距离穿越扰动影响问题进行了定量分析,并讨论了运营隧道对各盾构施工参数的敏感性.研究结果表明盾构穿越对已建地铁隧道的扰动影响主要以隧道的竖向位移为主.随着盾构推进,隧道结构纵向上呈波浪状,其隆起峰值不断沿推进方向移动.盾尾后隧道段受盾构穿越的影响显著,但隆起峰值始终位于盾尾后.     

既有建筑对极软岩地层中土压盾构的施工影响

基于土压盾构在极软岩地层中近距离下穿既有建筑的背景,采用ABAQUS有限元数值模拟与现场实测相结合的方法,从地表和建筑物竖向位移变化及其控制的角度出发研究既有建筑对盾构施工的影响.实测结果表明:地表和建筑物在盾构下穿过程中会呈现出先隆起后沉降的趋势,其中在盾尾脱出阶段地表和建筑物会产生较大速率的沉降.数值模拟结果表明:...     

Interpretation of Soil–Cement Properties and Application in Numerical Studies of Ground Settlement Due to Tunneling Under Existing Metro Line

Uncertainty of properties of improved soft ground with chemical grouting often results in discrepancy between simulated results and observed data and makes prediction for ground subsidence difficult. It also made practice usually adopts unconfined compressive strength of soil–cement mixtures as design control criterion. This paper presents a methodology to interpret the strength and deformation parameters from unconfined compressive strength of soil–cement mixtures for advanced numerical analysis which is widely used in reinforcing the soft ground and pre-supporting excavation. Observed data are used to compare with the simulated results and validate the interpretations. Numerical experiments with two-dimensional finite element model for covered undercutting of large cross-sectional twin tunnel under an existing subway station are presented. Issues with respect to design and construction of excavation that potentially affect the ground surface subsidence are explored. It was found that the ground subsidence caused by tunneling in soil–cement medium under existing subway station is similar to that in a greenfield site but with flatter settlement trough. Unconfined compressive strength of soil–cement mixtures ranging from 1.5 to 2.0 MPa can significantly reduce the settlement to an acceptable control criterion. Settlement magnitude is influenced by pillar width but not obviously by the location of umbrella arch installed in twin tunnels.     

盾构近距离穿越相邻隧道施工的数值解析

近距离穿越施工时盾构对周围地层位移场的影响明显不同于常规施工.结合上海地铁隧道近距离穿越工程实例,运用边界单元法模拟分析了掘进施工过程中盾构对已建建筑的影响,同时对施工参数进行了理论探讨.结果表明,盾构壳体是影响周围地层的主要因素,而且其影响具有滞后性和累积特性,在施工中需要超前控制.     

深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式的上限分析

相对于盾构隧道施工的大量需求与快速发展的状况,国内在盾构工法特别是大型深埋盾构隧道施工技术和理论研究方面还存在不足,特别是水压条件下深埋盾构隧道开挖面稳定问题。基于极限分析上限法和水土压力统一参数,对考虑水压影响的均质土深埋隧道开挖面稳定性计算方法进行研究,建立了考虑水压影响的深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式模型,并推导了其极限支护压力计算公式。然后利用土层厚度加权平均法,可将上述方法应用于多层土深埋盾构隧道开挖面稳定性的评价中。最后,以上海长江盾构隧道实际工程为例,采用本文推导的极限分析上限三维对数螺旋破坏模式方法计算并分析其极限支护压力,并将计算结果与前人研究和规范方法计算的结果进行对比分析。通过该研究可改进与完善水压条件下深埋盾构隧道极限支护压力确定方法,从而为考虑水压条件下盾构隧道施工支护压力的合理确定提供理论依据。     

大断面矩形顶管上跨施工对既有地铁隧道变形影响研究

大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道施工过程中,由于近距离开挖出土卸荷,导致既有地铁隧道产生上浮变形,危及地铁运营安全。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街—潞阳大街)综合管廊矩形顶管工程为背景,采用FLAC3D有限差分软件建立了大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道的三维数值模型,研究了双线矩形顶管上跨施工引起地铁隧道上浮的变形规律以及采用不同抗浮配重对既有地铁隧道的变形影响,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模型的准确性。研究结果表明:双线顶管上跨施工引起地铁隧道的上浮变形大于单线顶管引起的上浮变形,且最大上浮变形均位于顶管隧道轴线处;施加与开挖损失土体近似重量的配重,可改变地铁隧道原有水平变形规律,导致先穿越的地铁隧道整体向始发井方向移动,后穿越的地铁隧道整体向接收井方向移动。随抗浮配重的增加,地铁隧道上浮位移减小,所受拉应力减小,且施加开挖损失土体重量50%的抗浮配重,可以将地铁上浮变形控制在1.4 mm以内;研究成果为该工程地铁隧道抗浮设计提供了参考依据。     

昆明泥炭质土地铁盾构等代层压缩模量试验研究

在城市地铁盾构施工过程中,地表沉降是重要的工程问题之一,不但影响地铁隧道的安全建设,更直接关系到周边紧临建筑物的正常运营。等代层压缩模量是控制地表沉降的关键参数,特别是软弱土层中的地铁盾构。等代层注浆材料与土体的混合比例关系、注浆后的养护时间是直接影响其压缩模量的重要因素。本文依托昆明地铁3号线石咀段泥炭质土层盾构工程,进行注浆材料与泥炭质土的不同比例关系及不同养护时间条件下的压缩模量试验研究。探索泥炭质土层中盾构等代层中浆体与土体的合理比例关系,并提出注浆后何时能达到预期的等代层压缩模量,为泥炭质土地区地铁盾构施工提供参考。     

粉质黏土地层超大直径泥水盾构隧道地表变形与施工参数相关关系研究

本文以粉质黏土地层超大直径泥水盾构隧道为工程背景,分析了地表变形特征随盾构掘进参数的变化规律。并针对粉质黏土地层隧道施工监测数据进行分析,提出了超大直径泥水盾构下穿建构筑物的施工关键控制参数。研究结果表明:不同施工参数对地表变形的影响存在显著差异,注浆量相对最大,刀盘扭矩和贯入度相对次之,刀盘推力、泥水压力、注浆压力和掘进速度相对最小。注浆量对地表变形的影响随隧道埋深的变化而变化,当隧道埋深小于一倍洞径时,注浆量对地表变形影响相对较大;当隧道埋深大于一倍洞径时,注浆量对地表变形影响相对较小。刀盘推力与泥水压力、注浆压力以及水土压力之间存在较好的相关关系。当泥水压力比水土压力约大0.1 MPa,注浆压力比水土压力约大0.3MPa时,盾构下穿建构筑物造成的地表变形相对较小,盾构地质适应性得以显著优化。相关研究成果可为后续粉质黏土地层超大直径盾构隧道地表变形分析和施工参数优化等提供理论依据和技术支撑。     

地铁盾构隧道近接施工风险等级评估方法研究北大核心CSCD

为准确掌握地铁盾构近接施工的风险等级,以近接既有隧道施工断面的地表沉降变形监测成果为基础,先分析研究其变形规律,再利用累计变形判据和变形速率判据实现近接施工的风险等级评估。实例分析表明:在近接施工段,地表变形具波动起伏特征,最大沉降量已达27.22 mm,说明近接施工对周围土体的扰动影响较为显著,但就现状变形而言,累计沉降量及变形速率均在预警值范围以内;同时,在近接施工风险等级评估过程中,各类风险判据的评估结果是不同的,侧面说明了近接施工风险评估判据应具多样性,且通过计算,得不同监测点的综合风险等级也存在一定差异,风险等级间于Ⅱ级~Ⅲ级,按不利原则,综合确定近接既有隧道段的施工风险等级为Ⅲ级,需提高监测频率,以切实保证施工安全。本次研究为合理评价近接施工风险等级提供了一种新的思路。     

近间距双线大直径泥水盾构施工相互影响研究

对上海复兴东路越江公路隧道--近间距双线盾构隧道同向施工时相互影响的现场监测进行了研究。首先简要介绍了工程背景及其概况,然后介绍了为研究近间距盾构隧道相互影响而布设的监测项目,包括深层土体水平位移、地表沉降以及深层土体沉降、北线隧道三维位移、圆周变形、接缝宽度、北线隧道所受水土压力、北线隧道衬砌内力和土体中的超孔隙水压力。对监测数据进行了详细研究,得到了后建隧道推进时对地面沉降、深层土体位移变化、超孔隙水压力产生和消散、先建隧道衬砌位移、变形、内力的影响规律。从现场监测的分析结果来看,后进隧道对周围土体和先建隧道的影响是十分明显的。研究结果可以为大直径近间距双线推进的越江盾构隧道的设计和施工提供更加科学的指导。     

盾构隧道下穿城市道路的路面沉降计算方法研究

随着我国城市化进程的不断推进,地下空间的开发和利用越来越受重视,特别是盾构隧道已成为工程建设的重要技术手段。而城市地下环境日趋复杂,市政隧道下穿既有道路的项目愈发常见,研究与之对应的土体位移预测方法对地下空间安全评估至关重要。借助弹性力学中薄壁圆筒的平面模型,构建相应的边界条件,推导出适用于有重地层浅埋圆截面土体沉降变形计算方法。以澳门纯钢纤维混凝土盾构隧道下穿友谊大马路工程为实例,并与不同收敛模式下随机介质理论进行对比验证。研究结果表明：理论公式与土体位移实测值吻合度较高,且略优于随机介质理论的计算结果。理论公式综合考虑了路基土体参数、隧道深径比及施工技术水平等因素的影响,计算结果合理可靠,可为盾构隧道下穿施工诱发土体位移预测提供重要的理论支持。     

面向地表沉降控制的地铁盾构参数研究

地表沉降是地铁盾构施工过程中最关心的工程问题之一,关乎近邻建筑物能否正常运营及盾构能否正常施工。故本文以地表沉降为关键目标进行地铁盾构参数研究。将影响地表沉降的盾构参数概括为开挖面支护压力比和等代层弹性模量。在此基础上,以长沙地铁1号线南门口—侯家塘区间为工程背景,采用FLAC3D软件对不同盾构参数下的施工过程进行数值模拟,分析了开挖面支护压力比及等代层弹性模量对地表沉降的影响,提出了研究区段的盾构参数建议值。研究同时得出了在建议盾构参数下,研究区段发生地表沉降的范围及地表沉降最大值。为长沙地铁后续建设及其他城市地铁建设盾构参数的选取提供理论依据和方法参考。     

盾构-矿山法隧道并行施工的相互扰动分析

盾构隧道和矿山法隧道的施工,对围岩扰动的形式和程度不同;并行近接情况下,对彼此的扰动也将不同。以南宁轨道交通地铁1号线百佛区间的盾构-矿山法隧道小净距并行施工为研究对象,根据实际施工进度情况建立监测分析系统,分析了盾构-矿山法施工在竖直和水平方向位移的相互扰动。盾构法隧道后行,盾构的挤推作用,导致先行矿山法隧道拱顶上升、净空收缩;盾构弱化围岩和盾构沉降影响区的作用,导致先行矿山法隧道拱顶下沉、净空扩容。矿山法隧道后行,矿山法隧道侧向卸荷作用,导致先行盾构隧道管片产生管片隆起和净空扩容。研究成果揭示了小净距并行施工时,盾构隧道-矿山法隧道相互间的扰动规律;可以为类似小净距并行隧道施工顺序的选择,及相应辅助施工措施的采用,提供技术支撑。     

地表超载对地铁盾构隧道的影响分析

针对地表超载导致的隧道竖向土压力问题,参照室内模型试验的隧道结构变形与土压力实测结果,建立了有限元模型。在地表超载作用下,分析了隧道穿越土层与隧道上覆土层的压缩性能对隧道周围土压力与结构变形的影响。结果表明：隧道穿越土层的压缩模量越小,地表超载作用导致的隧道竖向土压力越大,且对应的隧道水平土压力越小,隧道结构越容易发生横椭圆变形;隧道上覆土层的压缩模量越小,地表超载作用导致的竖向土压力越小,隧道结构发生的变形也越小;在软土地区地表堆土（超载）导致的隧道竖向土压力要大于按土柱理论计算所得的隧道竖向土压力。研究结果可为软土地区地铁盾构隧道设计与运营期管控提供参考依据。