盾构穿越软土地层预加固数值模拟与变形控制

依托佛山地铁3号线创驹区间盾构隧道工程,采用数值模拟得到不同加固方式下的地表沉降和隧道变形,研究了盾构穿越全断面软土地层时的变形规律,提出一套盾构安全穿越加固建议,并结合现场实测,验证了模拟结果的正确性。研究表明：盾构在全断面软土地层中推进时,地表沉降、隧道拱顶沉降和水平收敛值均不断增大,且主要发生在盾构通过时及盾尾管片脱出后,同时该段也是预加固的主要作用范围;先行隧道对地表沉降影响大于后行隧道;盾构穿越未加固土层时地表沉降、隧道拱顶沉降、水平收敛最大值分别为27.7 mm、13.78 mm、10.57 mm,采用超前预注浆加固时各变形分别为未加固的57.0%、69.1%、61.0%,采用三轴搅拌桩预加固时各变形分别为未加固的32.1%、50.2%、43.0%,预加固可有效控制变形,且三轴搅拌桩变形控制优于超前预注浆加固。当盾构区间地面环境复杂,不具备地面加固条件时,建议采用超前预注浆加固控制地表沉降量及隧道变形。     

联合超前支护技术在水下浅埋软岩公路隧道中的应用

湘江大道浏阳河隧道是一座用矿山法施工的水下浅埋软岩公路隧道,应用"全断面注浆+管棚+小导管"的联合超前支护技术。首先通过数值模拟,对比分析不采取任何超前支护措施、仅采取全断面超前预注浆、采取联合超前支护措施三种情况下的初衬拱顶沉降和最大轴力;然后根据应用实践,总结联合超前支护的主要技术参数;最后通过现场观察和现场测试浏阳河水位、初衬背后的水压力、初衬的拱顶沉降和水平收敛、连接小导管的型钢拱架的应力、二衬砼的应力等,分析联合超前支护的作用机理及效果。结果表明:三种超前支护措施通过互相补充加强,可为水下爆破开挖创造良好的条件、可与围岩共同作用形成承载拱、可改善初衬的受力变形状况、可避免过早施作二衬。     

基于透明土的隧道开挖面稳定性试验研究

针对地表下隧道周围土体变形的观测困难,用熔融石英和溴化钙溶液配置透明土,提出基于透明土的盾构开挖面失稳试验研究方案,获得隧道前方纵断面土体位移矢量、沉降槽曲线和破坏模式等。试验结果表明,隧道开挖面失稳后土体变形以垂直位移为主,浅埋时土体破坏呈现“楔”形,破坏面延伸至地表,埋深增加时扰动范围向开挖面变窄,深埋时出现压力拱,扰动体呈现为筒仓形;隧道纵断面内沉降槽呈现为Weibull分布,最大沉降发生在隧道开挖面前方约（0.3～0.5）D（D为隧道半径）的拱顶处,变形主要发生在隧道开挖面前方的拱顶以上,浅埋时沉降槽从地表往下向深而窄变化,深埋时沉降槽宽度接近相同,从地表往下逐渐变深。     

暗挖隧道杂填土地层马头门支护与开挖方法分析

城市隧道暗挖施工期间拱顶以及地表的沉降量对施工安全、工程功能及城市道路正常运行具有重要意义。浅埋暗挖法施工中各类马头门的施工因其受力转换特殊往往是施工过程中关注的重点。北京地铁7号线某区间暗挖隧道马头门处于竖井明挖施工的回填土中,其土质情况复杂、暗挖不确定性因素多。为保证隧道施工和周围构筑物的安全,须对处于回填土范围内竖井马头门的破除与开挖方案进行研究。本文根据地表勘察钻探和超前探测所获取的地层资料和工程设计资料,应用FLAC3D软件对马头门破除时的两个支护方案进行了对比分析。施工实践与理论分析均表明,采用无收缩（WSS）深孔注浆方案的地表沉降量约是超前小导管支护方案沉降量的1/2～1/3。     

西安地铁隧道穿越饱和软黄土地段的地表沉降监测

以西安地铁一号线朝阳门站一康复路站区段饱和软黄土地铁隧道为研究对象,通过施工期现场地表沉降变形监测,分析了在饱和软黄土特殊地层条件下隧道浅埋暗挖法施工引起的该区段地表沉降变形规律以及地表沉降槽分布特征。结果表明：在饱和软黄土隧道开挖时,随着掌子面的推进,隧道顶地表沉降可分为沉降微小阶段、沉降显著发展阶段、沉降缓慢阶段和沉降稳定阶段;单线隧道开挖后的最大地表沉降量为18．89mm,双线隧道开挖后的最大地表沉降量为36．4mm;已开挖隧道对围岩土体的扰动作用使得后开挖隧道的地表沉降发展较大;双线隧道的地表沉降槽宽度接近单线隧道沉降槽宽度的2倍,因此可以将其近似为单线隧道地表沉降槽宽度与双线隧道轴线中点距离之和;单线隧道开挖后地表沉降槽宽度为8．4～9．3m,双线隧道开挖后地表沉降槽宽度为16．2～17．5m;隧道开挖施工的沉降槽宽度参数为0．435～0．467,单线隧道开挖后的地层损失率为0．765％～1．324％,双线隧道开挖后的地层损失率为1．231％～2．200％。     

软岩浅埋隧道施工工法比选

目前在高速公路软岩浅埋隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、地表产生大面积沉降等问题。广福隧道某浅埋段,地质条件复杂,断面大、岩性差,受构造影响比较严重,而且顶板厚度比较薄,易发生坍塌、冒顶现象。为确保浅埋段隧道的施工安全,尽量减少隧道开挖引起的地层沉降和围岩变形,采用FLAC3D对4种施工工法全断面法、短台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法进行模拟,分析了4种工法下地表沉降、隧道围岩周边位移和塑性区的变化特点,选出一种技术可行、经济合理的施工工法,得出一些有意义的结论。     

机械预切槽法开挖软土隧道地层变形研究

软土中的机械预切槽法是超前支护的一种，在预筑拱的保护下可以安全高效地开挖隧道。在隧道力学和弹塑性理论的基础上，利用自行开发的三维程序，分析了机械预切槽法与常规全断面法开挖隧道时引起的地层变形。计算结果显示：机械预切槽法形成的预支护作用在控制地层变形方面较常规全断面法具有明显的优势，预切槽法可以减少隧道施工对地层变形的影响范围和影响程度，可以用于对地表沉降控制较严格地区的隧道施工。     

砂土地层浅埋暗挖隧道预加固技术研究

本文以在建的莞惠城际轨道交通项目为依托,利用现场试验、数值模拟和室内模型试验等手段对穿越砂土地层的浅埋暗挖隧道预加固技术进行研究,通过控制围岩-支护体系的变形,分析适宜的预加固方法、范围和参数,结论如下:洞内帷幕注浆和地表注浆均难以形成止水帷幕,选择洞内水平旋喷桩配合掌子面注浆作为穿越砂土地层的最优预加固方案;依靠增加注浆范围控制砂土地层中的拱顶沉降和水平收敛是不利的,但可加强非砂土地层的围岩整体性,对控制地表沉降也较为有利;改变加固区参数对控制砂土地层中隧道拱顶的沉降有较大帮助,注浆效果越好,围岩的自承载能力提高越大,而其水平位移几乎没有变化。     

土岩组合地区富水砂层隧道施工注浆技术研究

针对青岛土岩组合地区富水砂层特点,对比分析超前深孔注浆和帷幕注浆加固技术在上软下硬地层中的施工关键技术,通过现场监测及开挖取样对比分析其在土岩组合地层中的适用性。研究结果表明:当富水砂层位于隧道拱顶范围内,采用超前深孔注浆,注浆效果较难控制,拱顶离砂层越近,注浆效果越难把握,隧道渗漏水问题越严重;施工容易对地层产生隆起,且隧道内渗漏水较多;当砂层位于拱顶以上采用帷幕注浆,跟踪监测表明,洞内变形、地表沉降能控制在有效范围内,表现出了更好的适用性,值得进一步优化和推广;土岩组合富水砂层段,开挖采用松动爆破,使加固地层中重新形成部分漏水通道。     

西安地裂缝地段浅埋暗挖地铁隧道施工沉降规律

地裂缝是西安市最典型的地质灾害之一,地裂缝地段地铁隧道施工引起地层及地表沉降是较为突出的工程地质和岩土工程问题。文章以西安地铁六号线浅埋暗挖隧道穿过f8地裂缝为工程背景,基于有限元数值模拟,对地裂缝地段交叉中隔墙法(CRD工法)暗挖施工引起的地表沉降和隧道变形进行了分析。结果表明:暗挖施工引起的地表沉降随开挖进尺呈反S型曲线变化特征,地裂缝带上盘的开挖进尺影响范围大于下盘;隧道中心线地表沉降在地裂缝带出现错台且靠近上盘5 m处出现集中沉降区;地裂缝地段隧道暗挖施工对地表的影响区范围约为80 m即上盘约45 m、下盘约35 m,在此范围应考虑暗挖施工对附近地表建(构)筑物的影响;开挖过程中地裂缝带上盘沉降过程变长且大于下盘;地表横向变形曲线符合高斯分布,上盘沉降大于下盘,在上盘靠近地裂缝位置处地表沉降槽宽度、沉降量明显增大;距地裂缝带5 m处上盘拱顶出现最大沉降,其值为25 mm,而在地裂缝位置处拱底出现27 mm的隆起变形,拱顶和拱底变形在地裂缝带附近出现错台;地裂缝带隧道暗挖施工对拱顶、拱底影响区范围分别为50 m和55 m,靠近上盘地裂缝位置附近隧道暗挖施工衬砌应及时支护,防止土体塌落与隧道变形。研究结果可为西安地铁隧道穿越地裂缝带暗挖施工提供科学依据和技术指导。     

浅埋洞口段黄土公路隧道施工变形性状现场测试研究

以某黄土公路隧道工程为依托,借助现场测试方法研究浅埋洞口段黄土公路隧道地表沉降、拱顶下沉和周边收敛时态分布规律,并结合实测数据建立隧道施工变形统计分析预测模型。研究结果表明:（1）黄土隧道施工变形呈现显著的时间和空间效应,其时态分布曲线符合指数函数型发展规律;（2）地表沉降随时间呈增长趋势,约60 d后逐渐趋于稳定,其最大值（w_max）的统计变化范围为（?30.78～?105.20）mm;（3）横向地表沉降曲线分布呈凹槽形,沉降槽宽度约（3～5）倍隧道跨度（B）,且隧道开挖引起的地层损失率为0.74%～3.08%;（4）拱顶下沉与周边收敛时态曲线可分为线性增长、持续变形和平稳发展3个阶段,且线性增长阶段占总变形量的60%以上;（5）v_max的统计值变化范围为（?17.1～?201.1）mm,其95%置信区间为[?51.53,?65.11],u_max的统计值变化范围为（?12.1～?122.0）mm,其95%置信区间为[?35.08,?43.39],建议V级围岩黄土隧道预留变形量取值范围为（?100～?150）mm;（6）拱顶下沉与周边收敛速率时态曲线呈先急剧增加后逐渐衰减趋势,最终稳定后的拱顶下沉速率（Δv）和周边收敛速率（Δu）依次为（?0.05～?0.80）mm/d和（?0.02～?0.60）mm/d。     

隧道穿越泥石流堆积体的数值模拟及优化处治

根据泥石流堆积体的地质特征, 结合都汶高速公路福堂隧道工程背景, 建立三维数值模型, 分别进行隧道穿越泥石流堆积体时无支护状态、设计支护状态和优化支护状态下以及泥石流堆积与侵蚀条件下的模拟分析。结果表明:在泥石流堆积体内开挖隧道时, 拱顶沉降是隧道变形的主体部分, 并直接导致了地表的沉陷及隧道边墙的收敛变形; 在采用超前注浆并加长锚杆长度的措施进行针对性的优化处治后, 隧道衬砌的变形及地表沉陷明显降低, 表明处治优化是有效的; 隧道拱顶上方泥石流覆盖层的厚度小于14m时, 隧道处于明显不安全状态, 泥石流覆盖层厚度大于42m时, 围岩形成自稳体系。     

软土地区双线区间盾构隧道施工对周边地表以及建筑物沉降的影响

研究盾构隧道施工对周围地面以及建筑物沉降造成的影响,是软土地区盾构隧道安全施工和正常运营的基础课题。为了分析宁波轨道交通5号线同德路站—石碶站区间双线盾构隧道施工对周边地表和建筑物的影响,本文在建立盾构隧道动态施工过程三维有限元模型的基础上,基于地表以及建筑物沉降数值模拟结果与现场监测值的对比,分析了隧道开挖对隧道周围地表沉降与建筑物沉降的影响。结果表明,掘进完成时,开挖方向沉降槽往上行线隧道方向偏移、呈现倒梯形形态,横断面影响区域为距离双线隧道轴线中心小于3倍隧道直径;上行线在下行线开挖后并不会增加地表沉降,但增大了沉降槽宽度;下行线到达前产生的沉降占最终累计沉降的67%;当盾构掘进面刚到达建筑物时、建筑物的倾斜方向与盾构掘进方向一致,当盾构掘进面离开建筑物时、建筑物将沿着盾构掘进的反方向倾斜;建筑物两侧沉降值较中部沉降值降低了83%;双线贯通后建筑物沉降呈“U”形分布,最大沉降量发生在远离隧道一侧距建筑物中心0.5 m处。     

盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征细宏观分析

以成都砂卵石地层中地铁1号线的土压平衡盾构掘进施工为研究背景,采用室内试验、PFC2D二维颗粒流程序和 Plaxis 3D有限元软件对盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征进行了细宏观数值模拟,揭示了土压盾构穿越砂卵石地层的失稳机制和沉降规律,并结合实际施工参数和实测地表沉降数据进行了对比分析,获得了土压盾构在砂卵石地层中掘进引起的地表横向沉降槽和纵向沉降槽曲线,分析了不同大小的开挖面土仓压力和盾尾注浆压力对地表沉降的影响,给出了砂卵石地层开挖面土仓压力的建议值和盾尾注浆压力参数的合理取值范围。细宏观分析表明,与注浆压力相比较,土仓压力对地表最大沉降曲线的形状影响较小;但必须关注土仓压力的变化,在砂卵石地层中由于土拱效应对开挖面稳定性影响较大,甚至发生突然坍塌破坏。     

盾构地铁隧道穿越既有铁路桥的沉降分析

HTSS以大连地铁2号线香沙区间盾构隧道下穿铁路桥特殊地段为依托,通过三维有限元程序仿真模拟以及工程现场动态监测,研究盾构施工法对周围地层变形的影响和盾构下穿铁路桥造成的沉降特征。结果表明:盾构开挖引起的地表沉降经历了5个阶段,即初期扰动沉降、开挖面前部沉降、盾构机正上方沉降、盾构通过沉降、后期固结沉降;地表沉降整体为一个凹槽形,即隧道中心线地表沉降大,隧道两边沉降较小,按隧道横截面轴线左右对称,符合地表沉降机理,并与现场监测数据一致;距离开挖隧道越近,总体沉降位移越大,盾构开挖小于20 m时,其沉降位移沿着横向与纵向都有扩展,隧道开挖至40 m时,沉降位移主要沿着纵向扩展,横向扩展不明显;不同深度的上部土体沉降呈漏斗形,即隧道正上方沉降最大,两边沉降递减,沉降曲线基本对称,地表右侧受右线隧道开挖影响,沉降量略大于左侧;桥桩底端处于隧道拱顶上,且整个桩身处于破裂面之上,属于短桩范畴,桥桩变形主要以受土体作用而产生的竖向沉降变形为主。     

建筑物对浅埋隧道开挖地表沉降的影响

采用解析法研究穿越地表建筑物浅埋隧道开挖引起的地表沉降。由无建筑物时岩土体开挖引起的地表沉降公式及半无限平面在均布荷载下的相对沉陷,推导出了穿越地表建筑物浅埋隧道施工引起的地表沉降公式,并通过实例验证了此方法的可行性。采用上述方法研究了地表建筑物的重量及其与浅埋隧道位置关系对地表沉降的影响,研究结果表明：浅埋隧道开挖引起的地表沉降随建筑物重量的增大而增大;建筑物中心到隧道轴线的水平距离是对地表沉降的一个重要影响因素,超过一定范围时建筑物的存在对地表沉降的影响可以忽略不计。研究结果可为类似隧道工程提供一定参考。     

基坑开挖对邻近铁路路基变形影响与控制

以某紧邻既有铁路线的基坑工程为依托,基于现场实测数据,分析了路基与基坑的变形规律、沉降原因和控制措施。结果表明,受列车荷载与渗漏水影响,路基沉降在坑底旋喷加固和施工冠梁、混凝土撑期间迅速增加,形成了长约50 m、最大沉降95 mm的沉降槽,60%以上的路基在该阶段的沉降增量占阶段累计沉降的70%以上,而地表沉降多小于20 mm,约为开挖深度的2.4‰;路基沉降槽处坑外横断面地表沉降呈“凹槽形”,在路基处沉降最大。在坡顶进行双液注浆能够控制地表与路基沉降,减少后续开挖施工对路基的影响,但注浆施工易导致边坡变形突变,尤其是向坑内的水平位移,不利于边坡稳定和铁路安全。     

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.