双圆盾构穿越下立交结构的流-固耦合数值模拟

依托上海轨道交通M10线双圆盾构区间隧道工程,对自由场下双圆盾构隧道施工力学行为进行三维有限差分数值模拟,分析了盾构施工地表沉降及超孔隙水压力的特征、量值与范围,并与监测结果进行对比,以得到能够反映施工技术水平的模拟施工参数。将该模拟施工参数应用于下立交下双圆盾构的推进,用以预测盾构掘进对下立交底板的影响。研究结果表明,在三面封闭的条件下,盾构施工引起的正超孔压很难向外界消散、负超孔压也很难得到外界水位的补给;在开挖面前方,底板受到挤压力,且挤压力主要由超孔隙水压力组成;沿横向方向,作用在下立交底板下的超孔隙水压力分布较均匀,而土体颗粒的挤压力则主要分布在其中线附近;下立交结构的刚性位移是引起底板沉降的主要原因,底板变形引起的沉降较小,变形最大值在盾尾脱离时取得。     

双圆盾构掘进施工扰动土体附加应力分析

应用弹性力学Mindlin解建立了双圆盾构掘进引起土体附加应力积分表达式。运用复化Gauss-Legendre数值积分公 式,定量分析了双圆盾构正面推力、盾构与土体侧摩阻力对土体扰动的程度及范围。分析表明,双圆盾构掘进对土体扰动具有区域性特征,盾构机上部表现为背土挤土,侧面则表现为挤压剪切效应,并且侧摩阻力对土体的扰动程度更大。所得结论对于双圆盾构穿越临近地下管线或建筑物桩基的施工提供理论依据。     

双圆盾构隧道施工中压重纠偏效果分析

在双圆盾构隧道施工过程中双圆盾构往往会由于以下因素发生侧向偏转：（1）土层分布不均匀;（2）盾构机的制造误差;（3）运输台车的牵引力的不同;（4）已拼装管片的作用;（5）注浆的流失;（6）施工中的不当操作。首先,分析了双圆盾构施工中产生偏转的原因以及纠偏方法,其中单侧压重是纠正双圆盾构侧向偏转的最为简单经济有效的方法。在工程实践中,压重荷载的大小一般取决于操作人员的经验和现场观测偏转角的变化。在单侧压重实施前没有预测其纠偏效果的方法,而且,压重纠偏还会引起周围地层的变位。应用有限元数值模拟的方法,分析总结了压重荷载与偏转角的关系以及双圆盾构周围土层的变形。对于最大允许偏转角为0.6°时,需加压重荷载为350 kN将其纠正。同时,纠偏0.6°偏转角会造成85 mm的额外地表沉降,其结果可供实际工程的施工管理参考。     

双圆盾构隧道施工引起的地面沉降预测

将随机介质理论应用于双圆盾构隧道施工引起的地面沉降计算,假定开挖后土体移动模式为不均匀收敛,推导了土体损失引起的地面沉降计算公式。算例分析结果表明：预测结果与实测值比较吻合;双圆叠加模型计算结果明显偏大,原因是没有考虑双圆盾构重叠部分减少的土体开挖面积,仍按两个单圆的土体开挖面积来计算,导致土体损失量比实际大;将双圆叠加模型计算结果按实际土体开挖面积相应折减,发现其计算结果仍比实测值大,表明双圆盾构隧道不能简单地采用两个单圆叠加得到。对双圆叠加模型进行修正,提出修正系数取值,修正后的双圆叠加模型计算值与实测值较吻合。     

双圆盾构施工引起邻近地下管线附加荷载的分析

利用弹性力学的Mindlin解,对孙统立公式进行修正,推导得到双圆盾构正面附加推力和盾壳摩擦力引起的土体附加应力计算公式。假定土体为Winkler模型,采用随机介质理论,推导得到土体损失引起的竖向土体附加应力计算公式。研究了双圆盾构施工在邻近垂直交叉地下管线上引起的附加荷载大小及分布规律。研究结果表明：双圆盾构盾壳摩擦力引起的地下管线附加荷载较大;正面附加推力引起的附加荷载较小,可忽略;竖向附加荷载主要由土体损失引起,最大值一般出现在中轴线上方,当地下管线与盾构之间距离较小时,附加荷载最大值出现在左右单圆圆心附近的位置。     

列车激震荷载下地铁双圆隧道的动力响应研究

以上海地铁杨浦线(M8)黄兴绿地站到翔殷路站区间隧道双圆盾构工程为背景,研究了列车激震荷载作用下软土地铁双圆隧道的动力响应规律。通过对地铁盾构隧道-地层体系进行模态分析,得到地铁双圆隧道-围岩体系的振型和频率,以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。采用车辆-轮轨模型,计算列车振动荷载,然后确定软土双圆隧道初始地应力,最后运用时程分析方法分别研究在单、双列列车动载两种情况下,软土地铁双圆隧道的随机动力响应及其薄弱部位和相应的位移场和应力场,从而为软土地铁双圆隧道的抗震设计提供借鉴。     

双圆盾构施工引起邻近桩基附加荷载的分析

应用“源汇法”理论,推导了双圆盾构隧道土体损失产生的三维附加应力计算公式。研究了双圆盾构机正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力以及土体损失在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明：在双圆盾构开挖面前方地下桩基受到挤压力作用,在开挖面后方负值附加荷载逐渐增大产生拉力,同时双圆盾构机轴线深度附近的桩基部位处产生较大的拉应力和压应力;双圆盾构机与土体之间的摩擦力在附加荷载中特别是y方向的附加荷载起主导作用;垂直于管片方向的附加荷载值较推进方向大,但影响范围小;竖直方向的附加荷载较小,靠近隧道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反,曲线呈“弓”形分布。经与数值模拟、离心试验、现场实测结果对比分析,验证了应用解析解研究双圆盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。     

双圆盾构隧道施工对平行既有隧道的影响分析

对双圆（DOT）盾构隧道周围土体采用椭圆形非等量径向位移模式,在镜像法基本原理上,推导土体损失引起的附加应力计算公式,研究双圆盾构正面附加推力、双圆盾构机与土体之间的摩擦力以及土体损失在平行既有隧道上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明,附加荷载的变化规律与双圆盾构机和邻近平行隧道的相对位置密切相关,是一个三维问题;随着双圆盾构机开挖面通过前后,附加荷载由压力变为拉力;土体损失是引起相邻隧道上附加荷载的主要因素,其次分别是盾壳摩擦力和正面附加推力;已建隧道受到的附加荷载变化规律与其和双圆盾构机的净距 S 密切相关,随着 S 的减 小,附加荷载急剧增大;随着平行既有隧道轴线埋深的变化,在轴线位置处,双圆盾构机对平行既有隧道的附加荷载影响最大。     

泥水盾构泥水仓泥浆压力控制模型研究

目前隧道施工过程中泥水盾构施工参数多根据现场施工经验调整,缺乏系统的模型泥水盾构施工参数与泥浆压力大小之间的理论计算模型。通过对泥水平衡盾构的类型和工作原理进行细致的研究分析,提出盾构掘进过程中各施工参数需满足的关系式,并以此建立了泥水盾构泥水仓泥浆压力控制模型,得到了泥水盾构可控施工参数直接量化控制泥水仓泥浆压力的计算方法,并提出泥水仓内的泥浆需要满足盾构施工泥浆渣土悬浮和输送能力的要求,推导了泥水盾构掘进速度与进浆流量的关系式。研究结果表明,泥水仓泥浆压力随着进浆流量及盾构掘进速度的增大而增大,随着排浆流量的增大而减小。结合长沙地铁6号线泥水盾构施工工程,通过实例仿真计算,验证了此计算模型的有效性。研究成果为泥水平衡盾构泥水仓泥浆压力控制的研究提供了理论基础。     

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.     

土压平衡盾构掘进参数关系及其对地层位移影响的试验研究

土压平衡盾构机施工过程中,正确地选择掘进参数可以有效地保持开挖面稳定、减少土体位移和地面沉降。通过对杭州地铁1号线盾构隧道施工进行现场监测,研究了盾构机参数关系及其对地层位移的影响。监测内容包括：地表沉降、土体侧向位移、超孔隙水压力以及记录盾构机实时工作参数。研究结果表明,盾构机总推力、土舱压力和刀盘扭矩变化基本同步;盾构机到达前,地表沉降主要受出土率的影响,施工沉降与盾构机土舱内外压力差值成反比;盾尾通过测点后0.5～1 d时间,超孔隙水压力快速下降,且在盾尾通过10 d左右完全消散;工后沉降分为加速沉降阶段和缓慢沉降阶段,占总沉降的 50% 以上,且在孔压计超孔隙水压力消散后继续缓慢发展。     

盾构施工地表沉降自动化监测及数据移动发布系统

地表沉降监测是盾构信息化施工的重要组成部分,对优化盾构施工参数,保证施工安全具有十分重要的意义。为了及时共享和反馈监测成果,提高监测信息管理与数据分析的效率,采用Microsoft Visual Studio .Net编程技术和MySQL数据库开发了沉降自动化监测及数据移动发布系统,实现了24 h监测数据的自动化采集、分析和移动端推送,并将该系统应用于南宁轨道交通1号线盾构隧道下穿南宁火车站铁路股道及站房工程,获得盾构推进过程中的地表沉降及火车轨道沉降的变化规律。通过监测数据和分析成果的及时反馈,优化了盾构机施工参数,有效保证了盾构掘进和周边环境的安全。     

复杂线路条件下盾构下穿民房掘进参数优化研究

以天津地铁三号线水上北路站～吴家窑站盾构区间左线线路为研究背景,以盾构施工控制技术为研究方向,通过试验段掘进、现场数据监测分析、计算模拟分析、盾构施工参数选取、实际监测数据分析等,研究了在复杂线路条件下（变坡度,小曲线半径等）,盾构机掘进的参数优化。以试验段的跟踪监测调整数据为分析依据,着力主要控制参数,对掘进参数的选取采用理论计算结合实际监测的方法,论证参数的可适用性。研究结果表明：采用合理的掘进参数,能有效控制盾构机在复杂线路条件下下穿建筑物时的沉降。     

超大直径泥水盾构穿堤施工技术

盾构掘进施工过程中,由于开挖破坏了地层原始应力状态,地层产生应力增量,特别是剪应力增量,引起地层移动导致不同程度的地面沉降。超大直径泥水平衡盾构掘进施工参数控制不当极易造成地面沉降差异过大,影响地面建（构）筑物安全和使用。对南京纬三路过江通道N线大直径泥水平衡盾构穿堤掘进施工进行总结,为类似大直径泥水平衡盾构穿越地面建筑物施工提供借鉴。     

旋喷桩在盾构法隧道端头井洞口土体加固工程中的应用

盾构法隧道在进行盾构机的始发或到达作业时,当既有端头井洞口挡土墙结构凿除后,保证该位置土体在盾构机刀盘贯入或脱离地层前一段时间内的稳定就成了盾构机始发或到达施工的关键。结合工程实例,从高压注浆原理、注浆参数和施工工艺等方面阐述了二重管旋喷桩在盾构法隧道端头井洞口土体加固工程中的应用。再者,针对旋喷桩加固以及与其相关的盾构始发或到达施工技术方面的一些问题也提出了一些建议和看法。     

盾构隧道施工土体扰动范围研究

盾构隧道施工,隧道周边土体应力场发生改变,临近隧道土体因应力扰动出现塑性区,塑性区的分布范围与注浆压力、注浆量等注浆参数密切相关。塑性区被认为是施工扰动比较严重的区域,为分析盾构施工扰动范围,基于小孔扩张理论研究了注浆压力、注浆量对土体扰动塑性区的影响,推导了塑性区与注浆压力和注浆量之间的函数关系。在定义扰动评价标准基础上,提出应用有限元计算盾构施工塑性区和扰动范围的一种简捷实用的数值方法。最后采用静力触探现场测试盾构施工扰动范围,并与理论公式及有限元方法进行比较,理论公式、有限元及现场测试三者取得了较为一致的结果,验证了推荐方法的有效性。其研究结果可对盾构施工注浆参数的正确选择提供理论支持。     

盾构法隧道施工变形智能模糊控制方法研究

在对盾构施工变形规律认识的基础上,引入了智能控制学科的思想与方法,采用模糊逻辑控制技术建立了变形的智能模糊逻辑控制系统模型,并进一步在地铁盾构法区间隧道工程中进行了初步实证研究。控制分析结果表明,采用本文提出的理论控制模型能够实现定量化盾构诸施工参数的主动与实时控制。     

江底盾构隧道施工期外水压分布规律的现场试验研究

重庆主城排水过江盾构隧道工程是国家重点环保工程之一,也是目前长江上最大的岩质盾构隧道。隧道采用泥水盾构机施工,其主体结构在施工期及运营期将承受0.6 MPa的高水压。研究高外水压力对隧道的影响具有重要意义,结合隧址区的地形地质及水文条件对施工期作用在盾构主体结构上的水压力进行了现场跟踪测试,探求施工期外水压力的分布规律,为盾构隧道的掘进控制提供参数,并为类似工程提供有益参考。