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。     

基于镜像法的隧道地表沉降时间效应计算方法

随着国内各城市地下道路建设的不断发展,地下开挖引起周围结构损坏甚至塌陷的事故时有发生,因此,合理地预测地表沉降对于保护地面建（构）筑物具有重要意义。将地表沉降速度系数与三维镜像法相结合,建立了考虑时间效应的隧道地表沉降计算方法,并以深圳某地铁区间隧道为例,通过与现场监测数据进行对比分析,验证了该方法的合理性,并利用该方法进一步分析了隧道停止施工时地表横、纵向沉降随时间的变化规律,通过参数分析明确了地表沉降量与地表沉降速度的时间效应。研究结果表明：地表沉降量与地表纵向沉降最大斜率随停工时间的增加逐渐增大并最终趋于稳定;地表最大沉降速度随开挖速度与沉降速度系数的增大呈对数型函数增长,但地表最终沉降量受二者的影响较小;地表最终沉降量和地表最大沉降速度随地层损失量的增大而线性增大;地表最大沉降速度出现的时间与地层损失的大小无关。     

北京不同区域明挖基坑地表沉降变形特征研究

基于近年北京地区不同区域大量明挖基坑工程地表沉降实测数据,利用理论计算与回归分析方法,对预测地表沉降的典型曲线“四点折线法”及其模型参数（斜率K及截距b）进行了反演分析,获得了不同区域地质条件下明挖基坑地表沉降预测经验参数;通过对沉降数据及经验参数的统计分析,总结了地表沉降区域变化规律,明确了参数的取值范围,并利用实测数据验证了经验参数的预测精度。结果显示:北京西部区域最大沉降点距离围护结构的水平距离相对中、东部偏大,约为基坑深度的30%,中、东部区域相对较小,均约为基坑深度的26%;地表沉降曲线形态随着区域地质条件不同而不同,四点折线图第一段直线AB的斜率K的绝对值由西向东依次增大,表明东部粉细砂地层比西部砂卵石地层沉降坡度更加明显,第二段直线BC的斜率K的绝对值东部区域比西部区域反而较小,这表明东部区域的沉降影响范围较大;参数b_AB绝对值均值由西向东依次增大,表明东部粉质黏土、细沙层相对西部砂卵石地层的桩侧土体沉降值更大,约为最大沉降值的31%,中部区域为21%,西部区域仅为16%。该研究成果将为本地区明挖基坑工程地表变形预测和安全风险控制提供重要的参考依据。     

武汉地区盾构穿过粉细砂层时地表沉降规律分析及施工参数优化

为研究盾构开挖粉细砂层对地表沉降的影响问题,基于武汉市地铁7号线香港站-三阳路站区间盾构施工监测数据,分析了开挖粉细砂层时地表沉降的一般规律,得出沉降曲线基本符合Peck沉降槽,地表沉降最大位置为盾构开挖面距监测点10环以内和盾构开挖面正前方。通过三维数值模拟,研究了优化注浆压力和掌子面平衡压力对减小地表沉降的影响,结果表明,优化掌子面平衡压力对地表沉降的影响大于优化注浆压力,两者合理优化对减小地表沉降效果最佳,盾构穿过粉细砂层时的最佳注浆压力为140 kN/m~2,掌子面平衡压力为30 kN/m~2。     

黄土地层地铁暗挖隧道地表纵向沉降规律及其预测分析方法

地铁隧道施工过程中,地表纵向沉降槽最大倾斜率及其出现的时机对地面和地下建筑物的安全评价非常重要。针对目前采用累积概率曲线描述纵向沉降曲线的不足,依据黄土地区地铁隧道暗挖施工引起地表纵向沉降槽特征的研究,寻求一种能反映地表纵向沉降规律的函数,引入掌子面地表位移释放率和地表纵向沉降最大斜率2个特征值,提出基于特征值的地表纵向沉降预测方法。研究结果表明,黄土地区暗挖法地铁隧道施工过程,老黄土-古土壤地层掌子面地表位移释放率和地表纵向沉降最大斜率均较大,饱和软黄土地层的较小。经过数学严密推导,提出一种考虑掌子面地表位移释放率和地表纵向沉降最大斜率的地表纵向沉降预测分析方法,分析了其随着特征值的敏感性,验证了预测方法的可靠性和合理性。研究成果对于分析和预测地铁隧道施工引起地表不均匀沉降对地面与地下建筑的影响具有重要的意义。     

超浅覆土大断面矩形顶管近距离双线施工地表沉降规律及加固效果评价

矩形顶管施工过程中会对周围土体造成扰动,引起地表产生竖向变形。为研究超浅覆土顶管施工过程中的地表沉降规律,以深圳市某下穿道路矩形顶管工程为背景,使用PLAXIS 3D软件对顶管双线施工进行有限元模拟。首先将模拟结果与实测结果对比以验证模拟结果的合理性,然后分析双线施工地表沉降变化规律,最后对现场加固措施进行评价。主要结论如下：未加固时顶管顶进过程中,最大沉降量位于始发端,最大隆起量位于接收端;加固后地表沉降最大值点及沉降最大值均发生了改变：加固后地表最大沉降值点由始发井改变为顶管中部区域,最大沉降值减少了6.15 mm,表明现场加固方案效果显著;未加固和加固后地表沉降纵向曲线规律基本一致,表现为三个阶段：隆起期、快速沉降期和沉降稳定期;未加固和加固后地表横向沉降槽变化情况基本一致。     

盾构施工纵向地表沉降分析及基于延迟差分方程的动态预报

结合南京地铁某盾构施工区间,对纵向地表沉降进行了理论分析,提出了盾构掘进对纵向地表的影响范围,总结了盾构推进不同阶段引起地表沉降量占总沉降量的百分比。针对引起地表沉降因素的复杂性和不稳定性,将纵向地表沉降视为随机过程,基于延迟差分方程建立模型进行动态预报,并与实测数据进行比较。结果表明,该方法具有较高的准确性。     

隧道施工诱发地表沉降估算方法及其规律分析

通过搜集大量文献,系统地总结了地表沉降槽特性参数的取值方法,并以中国20多个城市的地铁工程地表沉降实测资料为背景,基于Peck公式反演分析法,获取了隧道在不同相对埋深 、不同地层条件和不同施工方法下的地表最大沉降量 、沉降槽宽度k、地层损失率 等参数的变化规律。研究结果表明,（1）采用Peck法估算地表沉降需要基于大量实测资料和结合地域特性和具体施工方法才能得到比较合理的预测结果,不同地区地铁隧道的相对埋深 为0.55～4.43,其地表最大沉降量 为 1.5～ 146.0 mm,沉降槽宽度系数 为0.13～1.60,地层损失率 为0.06%～6.90%,其中 和k与 呈反相关, 受施工工艺和地层条件影响较大;（2）砂性土地层中浅埋暗挖法及其辅助工法的灵活性优于盾构法,黏性土及其互层地层中的盾构法施工在控制地层损失上较浅埋暗挖法要好。     

盾构同步注浆浆液性能影响分析及其配比优化研究

盾构施工过程中良好性能的同步注浆浆液有利于对地层沉降的有效控制,为了研究不同浆液性能对地表沉降的影响效果,以哈尔滨地铁2号线哈尔滨北站—大耿家站盾构区间为工程背景,考虑浆液强度、初凝时间、结石率三种特性,运用有限差分软件FLAC3D对隧道开挖引起的地层沉降进行了模拟,分析了不同浆液特性对地表沉降的影响.在此基础上,还通...     

双线并行隧道施工中影响地表沉降的因素分析

近年来为满足规划、平面线型要求,受地形、地质、地面构筑物的影响,双线地铁隧道呈迅猛增加的趋势。且大多数地铁区间隧道中,通常在同一埋深地层平行修筑两条隧道。广州轨道交通5号线淘金―区庄区间隧道具有穿越地层复杂、隧道断面、间距、埋深均随里程而变化的特点。两条隧道的开挖将导致地表沉降相互影响,沉降预测更加困难。在概化地质模型的基础上,利用反演得到地层参数,选择典型隧道断面及地质剖面,采用数值方法分析不同间距、隧道埋深以及地层情况对地表沉降的影响。得出一定的规律,预测隧道施工引起的地表沉降,以指导实际工程的安全施工。     

Modeling tunneling-induced ground surface settlement development using a wavelet smooth relevance vector machine

Accurate prediction of ground surface settlement is necessary for effectively controlling the settlement that develops during tunneling. Many models have been established for this purpose by extracting the relationship between the settlement and the factors that influence it. However, most of the models focused on the maximum ground surface settlement and do not involve dynamic and real-time predictions. This paper investigated how tunneling-induced ground surface settlement developed using a smooth relevance vector machine with a wavelet kernel (wsRVM). Various factors that affect this settlement, including geometrical, geological and shield operational parameters were considered. The model was applied to earth pressure balance (EPB) shield-driven tunnels. The results indicate that the prediction model performs well and that the distribution of the predictions can provide a measure of the prediction uncertainty. Unlike conventional methods that requireadditional efforts to determine relevant model parameters, the proposed method can optimize the parameters in the training process. The results of the parametric study conducted show that the model performance can be improved by the optimization and that the method can serve as a simple tool for practitioners to use in estimating ground surface settlement development during tunneling.     

地裂缝场地施工降水对地表沉降和地层应力的影响研究

地裂缝是西安市典型的城市地质灾害，地下水位的变化是诱发地裂缝活动的重要因素。以西安地铁六号线暗挖段施工降水为研究背景，基于有限元数值模拟计算，分析了地裂缝场地施工降水引起的地表沉降规律和地层应力变化特征。计算结果表明:当地下水位下降时，地表沉降量上盘大于下盘，地裂缝带两侧地表存在差异沉降的现象，最大差异沉降量与地下水位下降深度近似呈直线关系；不同位置处地表的横向沉降呈现出"Z"形的变化特征，差异沉降区随地裂缝位置的变动而变化，且差异沉降量与横向地表位置近似呈二次函数曲线关系；地层竖向应力随着地下水位下降而增大，地裂缝位置处地层应力存在突变现象，上下盘应力影响区与地层深度近似呈三次函数曲线关系；基于分层总和法计算了地下水位下降时地表沉降量的解析解，并与数值模拟结果进行对比，发现两种方法计算结果基本一致，得到了计算地表最大沉降量的经验公式。研究结果可为地裂缝场地地铁隧道及其他地下工程安全施工提供科学指导。      

盾构隧道结合洞桩法修建地铁车站地表沉降控制标准分析

在盾构隧道基础上结合浅埋暗挖法可以有效地解决地铁车站和盾构隧道施工之间的矛盾。北京地铁14号线试验段采用外径为10 m的土压平衡盾构修建,试验段上的车站结合PBA法（洞桩法）扩挖而成。综合运用预测地表沉降的经验公式、相关统计资料和规范,以及数值模拟方法,对大断面盾构隧道结合洞桩法修建地铁车站的施工过程进行地表沉降分析。结合北京地铁车站地表沉降控制基准值和现有地铁车站地表沉降统计数据,提出较为合理的地表沉降控制标准,并按照三级控制的管理方法,分级分步进行地表沉降控制,研究结果对指导工程施工有一定的参考价值。     

隧道水平冻结壁强制解冻期地表沉降的预测方法

考虑冻结壁的强制解冻过程,采用随机介质理论,建立了隧道水平冻结壁强制解冻期地表沉降的预测方法,并提出强制解冻条件下冻结壁温度场由单管解冻理论近似求解,基于所推导的单管解冻理论和崔托维奇提出的一维情况下融土层稳定融沉量公式,确定了预测方法中融土柱半径和融缩区域内半径的取值方法。将所建立的预测方法应用于隧道全断面水平冻结工程中,得到了地表沉降随强制解冻时间的分布及变化规律。研究结果表明,在冻结壁强制解冻期,其地表沉降分布规律与自然解冻期相似,但地表沉降随解冻时间呈线性增长趋势,这一特征与自然解冻期有所不同。     

浅埋风积砂质黄土隧道变形综合控制技术研究

在隧道施工前,应用数值模拟分析的方法,分析浅埋砂质黄土隧道施工力学效应和变形特征。根据浅埋砂质风积黄土隧道在施工过程中地表沉降量大和洞内施工安全风险大等特点,结合隧道实际监测数据,反演计算得到侵限段地质力学参数,为迈式管棚超前支护及径向迈式锚杆的全施工过程数值模拟提供计算依据,为控制隧道围岩变形提供数据支撑。计算结果显示,隧道侵限段地表最大沉降11.4 mm、最大拱顶下沉30.4 mm、最大水平收敛48.5 mm,隧道整体变形量减小,迈式管棚超前支护可以有效地提供纵向支撑,承受侵限土体压力、约束围岩变形和控制地表沉降,同时为支护侵限段钢拱架的安全拆换提供保障。研究结果表明:径向迈式锚杆、迈式管棚超前支护、环形支撑钢拱架和锁脚锚杆一起,构成了浅埋风积砂质黄土隧道主被动变形综合控制体系,有效地解决了浅埋风积砂质黄土隧道软弱围岩超前支护的难题。     

软土基坑开挖引起的坑外地表沉降预测数值分析

通过对基坑开挖过程的有限元数值模拟可知,当围护结构发生正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式时,坑外地表沉降分布具有较为明显的规律,均可采用统一格式的指数曲线进行模拟,即可得到坑外地表沉降曲线的经验公式。利用正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式对围护结构的任意变形模式进行拟合,求得3种基本模式的最大位移值,然后根据3种基本模式所对应的坑外地表沉降经验公式,求得每一基本模式所对应的坑外地表沉降分量,并进行叠加,从而求得坑外地表沉降分布曲线。     

超大直径土压平衡盾构施工对环境影响的现场监测研究

软土地层中盾构法隧道施工对周围环境影响的控制是施工中最为关心问题。依托上海迎宾三路?14.27 m土压平衡盾构隧道工程,通过在试验段布设监测断面、调整施工参数,研究超大直径土压平衡盾构施工诱发的地表沉降分布和发展规律。通过分析发现,超大直径土压平衡盾构施工中土舱压力和同步注浆参数的设定决定了地表沉降的发展规律,其中同步注浆的参数设定对于控制地表沉降起关键作用。同步注浆填充效果不佳会导致盾尾上方较大范围内地表沉降发展明显,距离盾尾越近,沉降速率越大,而填充效果较好时,地表沉降可以得到有效控制,Peck公式比较适于盾尾间隙填充效果不佳的情况。另外,监测数据揭示,盾构停推过程中超孔隙水压力逐渐消散,地表沉降持续发展,距离盾尾越近的位置地表沉降发展速率越大。