软土隧道盾构出洞灾害的渗流应力耦合分析

对盾构出洞口涌水涌砂灾害问题作了分析。利用Midas-GTS软件,建立了盾构出洞施工的有限元模型。考虑盾构出洞施工的渗流-应力耦合效应,研究了盾构工作井外加固土体前方高水位工况下,地下水绕加固土体下卧土层的渗流规律以及加固土体前方原状土的沉降规律。研究结果表明,在假定井外加固土体完全隔水情况下,洞门涌水涌砂灾害的发生与否受到土体加固长度、井外地下水等因素影响;土体加固长度的增加对工程安全有利,但成本较高;地下水位的降低能有效减小盾构出洞洞门涌水灾害的发生,需综合考虑工程安全性、经济性和工期等来确定合理的施工参数。     

盾构地中对接冻结加固模型试验(Ⅰ)——冻结过程中地层冻结温度场的分布特征

针对软土地层中盾构地中对接冻结加固施工边界条件复杂、形成冻结壁体积小且形状不规则的特点,以上海地区某盾构对接冻结加固工程为原型,按照相似理论设计进行了冻结加固模型试验,分析了冻结过程中地层温度场的分布规律,获得以下结论:在盾构壳体内表面保温的条件下,冻结管内部冻土的平均发展速度是冻结管外部的1.5倍左右;冻结28 h后,冻结管内部冻结壁的温度分布基本稳定,盾构壳体与土体交接面的温度均处于-20℃左右,内部冻结壁的平均温度约为外部的1.9倍。在同圈冻结管的叠加作用下,冻结过程中冻结壁主面和界面的温度变化规律基本一致,仅在冻结初期有少许差别。在外圈冻结管的低温屏蔽作用下,内圈冻结管对外部土体基本不发挥冻结作用,在不同冻结管排间距及多根冻结管交叉冻结的情况下,冻结管外部的冻土扩展规律基本相同,仅两排冻结管之间的土体温度分布存在差别。研究结果表明,盾构地中对接冻结加固形成的冻结壁形状与外圈冻结管的布置形式相似,形成的冻结壁厚度及平均温度在冻结28 h后基本稳定。     

城市盾构隧道水平冻结地层加固的数值分析

冻结地层加固法是一种环境影响小、加固效果好的地层加固方法,人工冻结壁的形成是一个复杂的热-力耦合问题。依托实际盾构隧道始发施工中冻结加固工程,采用有限差分软件Flac3D建立数值模型分析了地铁隧道水平冻结施工中温度场随时间的发展和分布特征,同时采用准热-力耦合的方法,分析了冻结施工中地表冻胀隆起变形规律。分析结果表明：冻结壁模拟交圈时间和设计交圈时间基本一致;冻结壁交圈前,地表冻胀隆起位移速率快,冻结壁交圈之后,地表冻胀变形逐渐趋近稳定。计算结论可供设计和施工参考,提供了一种简便的人工冻结加固施工的数值模拟方法。     

考虑渗流影响的盾构出洞灾害机制研究

对盾构出洞口涌水、涌砂灾害问题作了分析,建立了地下水绕加固土体下卧层及井壁间隙渗流计算模型,利用半承压含水层渗流理论对一算例进行研究,结果表明,假定在井外加固土体完全隔水情况下,洞门涌土灾害的发生与否受到土体加固范围、井外地下水位及井壁间隙宽度等因素影响;土体加固长度的增加对工程安全有利,但成本较高;土体加固深度应根据具体工况经计算后确定,过深并不合理;井壁与加固土体之间的间隙控制也是工程安全进行的关键。各因素相互制约,需综合考虑工程安全性、经济性和工期等来确定合理的施工参数。     

人工冻土融沉对地层位移场影响的三维有限元分析

为揭示人工冻土解冻对地层位移场影响的规律,以某地铁区间隧道盾构出洞水平冻结工程为例,对由人工冻土融沉引起的地层位移进行了三维有限元分析.计算结果表明:地表沉降可分为缓慢沉降、快速沉降、平稳沉降和固结沉降4个阶段;在隧道中轴线上方,随着与出洞口距离的增大,地表沉降先增大后减小;地面沉降在横断面上的分布呈近似正态分布曲线,...     

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。     

苏州地铁典型土层冻土力学特性研究

人工冻结法已经并将大量用于苏州轨道交通连通道及盾构进出洞施工,而冻土力学特性是冻结法设计所需的重要参数,此前尚无苏州地区冻土物理力学参数相关试验研究资料,若参考其它地区参数进行冻结设计将会给施工带来许多不确定性。本文以苏州地铁典型土层为研究对象,对其冻土抗压强度、弹性模量、泊松比进行室内试验研究,根据试验数据曲线,分析总结了抗压强度随不同温度、含水率、干密度的破坏形态和变化规律以及弹性模量、泊松比随温度变化的规律,并作出了定量和机理分析,研究成果对苏州轨道交通建设冻结法设计指标的确定具有重要参考价值。     

砂土地基基坑的冻结施工设计

冻结法一般是利用人工制冷的方法使软土及不稳定含水地层土体冻结 ,从而起到加固和防水作用的一种施工方法。以复杂工程地质条件下砂土地基基坑为例 ,详细介绍了冻结法处理基坑的设计过程     

冻结水泥土无侧限抗压试验研究

城市地铁盾构进出洞及联络通道施工中常常采用水泥土预先加固辅以人工冻结法补充加固的施工工艺,为掌握冻结水泥土的力学性能及相关设计参数,开展了系列冻结水泥土无侧限抗压性能室内试验研究,研究结果表明:水泥土无侧限抗压强度随温度的降低、水泥掺入比的增加呈线性增大,随养护龄期的增加呈对数增大;水泥土的抗压强度和弹性模量随着温度的降低基本呈线性增大,在常温下随水泥掺入比呈线性增大,在-10℃下随水泥掺入比呈指数增大,并随着养护龄期的增加呈对数增大;温度、水泥掺入比和龄期三个因素中温度对水泥土抗压强度的影响最大;随水泥掺入比、龄期的增加,冻结水泥土与常温水泥土强度及弹性模量差异呈指数规律减小,最终趋于稳定比值.     

大型过江隧道盾构始发冻结施工技术

南京市纬三路过江通道盾构直径达14.93 m,盾构始发段地质条件复杂,地下水丰富,盾构始发风险巨大。为确保始发安全,盾构始发加固采取三轴水泥搅拌桩加垂直冻结相结合方法,有效防范了施工风险。详细介绍了该隧道盾构工程中始发端冻结施工技术。     

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。     

Geotechnical influence on existing subway tunnels induced by multiline tunneling in Shanghai soft soil

Multiline tunneling construction in soft soil significantly impedes risk control and environmental protection. Current research has investigated on the effect of single-line shield excavation on surrounding environments and tunneling for parallel-crossing or perpendicular down-crossing underground structures. However, minimal attention has been given to soil disturbances induced by multiline tunneling and complex overlapped interaction mechanics for adjacent structures, such as existing above-crossing and down-crossing subway tunnels. Few studies focus on oblique crossing construction and setting rules for the operation parameters of shield machines. Based on the Shanghai Railway transportation project and in situ monitoring data, the deformation analyses of existing subway tunnels induced by an earth pressure balance (EPB) shield during the process of above-overlapped and down-overlapped crossing tunnels with oblique angles are presented. The deformation analyses employ the three-dimensional finite element (3D FE) numerical simulation method, and the simplified analytical method. The analysis results from the theoretical methods are consistent with the monitoring data. The setting rules of multiline propulsion main parameters, including the earth pressure for cutting open, and the synchronized grouting, are also established. This study may provide a theoretical basis for the development of properly overlapped crossing schemes and geotechnical protective measures during multiline tunneling construction in soft soil.     

盾构法施工过程的有限元模拟

在综合考虑了现有的有限元模拟方法的基础上,对部分仿真模拟细节进行了改进,改进了水平荷载的施加方法,用"等代层"来模拟盾尾建筑空隙,用预设单元的刚度迁移来模拟盾构的推进过程。通过对某地铁隧道盾构施工过程的模拟,分析了盾构推进过程中地表土体的位移与变形,计算得到的隧道横断面和隧道纵向地面沉降分布曲线与实测数据比较接近,结果证明了模拟方法是可行的。     

冻土与结构接触面次峰值冻结强度试验研究

为探究冻土与结构接触面次峰值冻结强度影响因素、影响规律及其预估方法,选取南京河西地铁施工区域典型粉细砂为试验土样,利用改进后的大型多功能冻土直剪仪,开展多影响因素条件下的冻结强度直剪试验研究。在对次峰值冻结强度定义和量化标准约定的基础上,研究发现极限峰值后剪应力陡降、峰后剪应力周期性变化、软化衰变等典型变化规律。将次峰值冻结强度与接触面温度、粗糙度、法向应力拟合后发现其分别呈反比例线性、二次抛物线、正比例线性关系。通过关系数据库管理软件数据挖掘,得出次峰值冻结强度关键影响因素及大小依次为接触面法向应力、粗糙度,而接触面温度为非关键影响因素。经多元非线性回归,构建了耦合接触面温度、法向应力及粗糙度三因素的次峰值冻结强度预估模型,可为人工冻土区或天然冻土区冻结加固设计、盾构法施工、地下结构物设计等提供冻结强度参数选取依据。     

土质对人工冻土冻结温度影响的试验研究

不同土质的冻结温度是人工冻结法冻结壁设计重要依据。为研究土质对人工冻土冻结温度的影响,选取不同地区人工冻结法施工典型土层开展冻结温度试验,提供了不同地区典型土层的冻结温度范围,并结合水泥土、含盐土冻结温度试验进行对比分析。结果表明：同一地区不同土层的冻结温度随其土颗粒粒径的增大而增大;随水泥掺入比及龄期的增加,水泥土的冻结温度降低;随含盐量的增加,NaCl含盐土冻结温度线性降低,含盐量对氯盐土比对硫酸盐土的冻结温度影响更显著。研究成果对不同土性的冻结壁设计具有指导意义。     

盾构掘进过程土体变形特性数值模拟

运用三维有限差分软件FLAC3D对盾构掘进工程进行了数值仿真,仿真过程中考虑了盾构机、注浆压力、土仓压力等因素,得到了地表沉降槽和土体纵向变化规律,并与实测结果进行了对比,结果表明,吻合较好。     

Mechanism and countermeasures of preceding tunnel distortion induced by succeeding EPBS tunnelling in close proximity

Twin tunnels are frequently used to address the increasing transportation demands in large cities. To ensure the safety of twin tunnels in close proximity, it is often necessary to take protective measures that have not been well studied. Field monitoring was conducted for a project of twin earth pressure balance shield (EPBS) tunnels in typical soft ground. The preceding tunnel was reinforced by various measures, including trailer bracing, compensation grouting, artificial freezing and scaffold bracing. The entire deformation of the reinforced tunnel was recorded during the succeeding tunnelling process. A three dimensional finite-element method (FEM) model was established to simulate the entire process of twin EPBS tunnelling, particularly the reinforcement measures. The computed deformations of the reinforced tunnel were consistent with the measured data. Furthermore, the stress history and pore pressure of the surrounding soil were analysed to investigate the deformation mechanism of the tunnel. Both the measured and computed results indicate that although the face pressure of the succeeding tunnel was smaller than the earth pressure at rest, the preceding tunnel could still experience an inward horizontal convergence and a deflection away from the succeeding tunnel. These distortion modes were caused by the squeezing effect of the horizontal soil arch in front of the succeeding tunnel face. Finally, convergence and deflection indices were proposed to quantify and assess the effectiveness of the reinforcement measures. The trailer bracing, as an “in-tunnel” reinforcement technique, was found to be the most effective method for controlling tunnel convergence. However, artificial freezing as an “out-tunnel” reinforcement technique led to the largest reductions in tunnel deflection. A combination of both “in-tunnel” and “out-tunnel” reinforcements was recommended.     

盾构法开挖隧道对桩基础影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟天津市地铁1号线盾构施工。计算结果表明,有限元模型能够很好地模拟盾构施工过程。利用此模型研究隧道开挖对桩基础的影响。隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移主要发生在盾构机推进面逐渐接近桩的过程中,当盾构机推进面通过桩所在的位置后桩顶沉降、桩身侧移增加不明显;与隧道水平距离相同时,由于长桩能够充分发挥桩身下部的侧摩阻力,隧道开挖引起的长桩的桩顶沉降小于短桩的桩顶沉降;隧道开挖过程中12 m长桩的桩身发生了整体倾斜,16、19 m长桩的桩身出现了弯曲变形,16、19 m长桩的桩身最大弯矩发生在地面下12～13 m之间,即在隧道轴线附近;开挖过程中桩顶出现沿隧道推进方向的往复位移;桩顶作用的竖向荷载越大,由隧道开挖引起的桩顶沉降越大     

隧道开挖过程中的渗透变形问题分析——结合南京地区工程实例

本文从水文地质条件、土体结构和力学性质等方面分析了南京地区土层中隧道开挖所引起的渗透变形问题。经研究认为可通过控制所构筑地下防渗墙深度、厚度及质量来防止渗透变形。实践证明该方法是有效的。