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。     

考虑盾构掘进速度的隧道掘进面稳定性分析

隧道在低渗透性土壤中掘进,盾构掘进速度的改变将引起作用在掘进面上支护压力的显著变化。考虑盾构掘进速度以及土体的渗透系数的影响,通过伽辽金有限元法推导三维稳态渗流有限元方程,使用FORTRAN代码编制数值分析程序计算稳态地下水流条件下隧道掘进面附近水头分布。维持掘进面稳定极限支护压力由有效支护压力和渗透力共同构成,前者基于土体稳定的极限平衡理论计算结果,后者通过隧道掘进面附近水头分布推导得出。结果发现,低渗透性土层中进行隧道掘进,盾构掘进速度的改变对隧道掘进面附近水头分布产生很大影响,掘进速度的增加将引起作用在隧道掘进面上支护力的显著增加。理论分析结果与实验数据取得较好的一致,验证了该理论与方法的合理性和有效性。     

近间距大直径公路盾构隧道施工相互影响分析

结合一外径11.36 m、近距段净距4.0～5.7 m的上海某公路盾构隧道土体和管片位移及应变的监测成果,就后建隧道施工对先建隧道的影响进行了分析。分析结果表明,盾构的推进使隧道间土体朝掘进方向和已建隧道方向侧移,沿深度的最大侧移量发生在隧道中心深度以上0.2D（D为隧道外径）左右;盾尾到达及管片脱出注浆工况阶段,隧道间土体及已建隧道临近面上拱腰处的侧移量达到最大;已建隧道管片呈现上部内敛、下部外扩的变形形态,且临近后建隧道面变形值较大。     

基于边界配点法浅埋隧道开挖引起 周围土体变形的分析

对于浅埋隧道施工引起土层位移的解析解,其边界条件的数学处理上比较困难,因此实际工程的应用中受到限制。为解决这一缺陷,基于弹性力学的Airy应力函数,将半无限平面内土体的应力及位移分布转化为解析函数。然后,采用边界配点的方法,控制地表处的应力边界条件( = 0, = 0)及隧道周边土体的位移边界条件( , )。最后,采用最小二乘法,确定土体应力及位移函数的各项系数,求得浅埋隧道在周边土体产生径向位移的作用下,地表及深层土体位移的半数值半解析解。算例分析表明,该方法可以考虑任意荷载及位移作用的边界条件,能够充分发挥解析法和数值法两者的优点,且计算结果与实测结果较吻合,在预测地表及深层土层位移中具有一定的实用价值,可为进一步采取工程措施控制地层变形提供理论依据。     

长江隧道东线盾构已过江心

2008年10月5日，武汉长江过江隧道东线孔洞已挖掘了1440m，顺利穿过长江中心线和隧道的最深处。据长江隧道中隧联合体负责人介绍，国庆期间，隧道施工人员仍坚持上班，每天以10m的速度向前推进。据了解，经过一段时间的磨合后，盾构机已达到设计速度，最快一天可掘进18m。据悉，在东线盾构施工挖掘1440m、安装管片720环后，西线隧道盾构长度也达到了1050m，顺利进入了长江之中。施工方负责人介绍，目前长江隧道在水下近60m处施工，水压较大，施工的风险也多。东线隧道已挖过隧道最深的地方，开始稍稍“抬头”。向汉口方向施工。长江隧道东线、西线两条隧道均从武昌向汉口掘进。单条隧道长2540m。     

含气地层中气体释放对盾构隧道稳定性影响研究

随着地下工程的建设日益增多,部分工程穿越含气地层,含气地层会对隧道的施工产生一定不良的影响。盾构在沼气地层掘进过程中,由于管片气密性不良造成沼气通过管片环缝进入隧道,引起管片的纵向变形。针对这一现象,建立管片环缝单点气体释放条件下的管片变形模型,并用数值模拟方法与理论结果进行对比验证。通过其变形公式,分析不同含气层厚度、不同初始气压条件对管片的变形及管片接缝张开量的影响,探讨管片损坏的地层条件。结果表明,对于含气层较薄（＜1.5 m）、气体压力比较小（＜150 kPa）的地层,隧道气密性不严导致气体泄漏进入隧道会导致管片下沉,但一般不会破坏管片的防水设施。当含气层厚度大或气体压力较大时,气体释放会引起比较大的管片变形,破坏管片的防水能力,导致地下水进入隧道,引起管片的进一步变形;地层扰动大时,地层土体随地下水进入隧道,会造成管片的严重损坏,以至于断裂。     

双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究

基于双线水平平行盾构施工中土体损失引起的土体变形二维解析解,建立土体变形三维解析解。取不同的纵向位置作为变量,建立土体损失率沿纵向的变化方程;考虑先行隧道施工对后行隧道的影响,分别计算两条盾构隧道施工引起的土体变形,叠加得到双线平行盾构施工引起的土体总变形。其方法能够计算土体深层沉降和水平位移,较精确地反映土体三维变形。算例分析结果表明：预测值与实测值较为吻合;土体沉降随着离开挖面距离的增加而不断增大,最终在x = -40 m左右时趋于稳定;随着先行隧道与后行隧道开挖距离的接近,最大土体总沉降量逐渐增大;土体沉降会随着深度z的增大而略微增加,但沉降槽宽度将略微减小;随着两条隧道轴线水平距离L的增大,最大土体沉降逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型,不再符合正态分布规律。     

立井冻土爆破的理论与实践

结合冻土爆破破坏特征,从理论上分析探讨了立井冻土掘进掏槽爆破和光面爆破机理及参数设计,再在实验室中进行模型试验研究,然后将试验结果应用于工程实践去验证和完善. 结果表明:立井冻土掘进爆破以浅眼多循环为宜,眼深Lb =1.2～1.4m;直眼掏槽、周边光爆,较为合理的掏槽参数为:槽眼布置圈径%D%=1.0～1.2 m,眼距a=500～700 mm,单位耗药量q=2.2～2.8 kg*m-3;较为合理的光爆参数为:周边眼距E=500～600 mm,光爆层厚度W＝500～700 mm ,炮眼密集系数m＝0.8～1.2,炮眼装药集中度%q%L=120～160 g*m+-1,空气垫层或空气间隙不偶合装药结构.     

不同埋深隧道的地震响应振动台试验研究

针对不同埋深下隧道表现出不同震害的特点,对地震响应振动台模型试验进行研究。首先进行了试验方案设计及试验模型的相似比设计,然后对不同地震波类型、地震强度及不同埋深下的隧道依次进行了振动台模型试验。试验结果表明:地震作用下,隧道衬砌应力在隧道埋深较浅时最大,达到一定埋深(约40 m)时,隧道衬砌应力明显减小,之后,隧道衬砌应力随埋深的变化不明显;隧道衬砌应力随埋深的变化规律在不同的地震波类型、不同的地震加速度峰值下相似;不同深度土层的加速度放大系数随着埋深的减小逐渐增大。通过对试验后隧道周边土体观测可知,浅埋隧道周边土体的裂缝多于深埋隧道。试验验证了地震灾害调查结果,为隧道抗震设计提供依据。     

砂土中的强夯振动对周边环境的影响研究

根据砂土中强夯振动结果,分析了砂土中强夯的振动速度衰减规律.研究结果表明:在砂土中强夯引起的振动速度较粘土中小,不会引起周边构筑物的破坏.同时,当夯击点与测点距离R大于50 m时,强夯引起的地基土的振动速度随距离R的变化幅度较小.     

重大工程信息

长江隧道东线盾构已过江心2008年10月5日,武汉长江过江隧道东线孔洞已挖掘了1440m,顺利穿过长江中心线和隧道的最深处。据长江隧道中隧联合体负责人介绍,国庆期间,隧道施工人员仍坚持上班,每天以10m的速度向前推进。据了解,经过一段时间的磨合后,盾构机已达到设计速度,最快一天可掘进18m。据悉,在东线盾构施工挖掘1440m、安装管片720环后,西线隧道盾构长度也达到了1050m,顺利进入了长江之中。施工方负责人介绍,目前长江隧道在水下近60m处施工,水压较大,施工的风险也多。东线隧道已挖过隧道最深的地方,开始稍稍“抬头”。向汉口方向施工。长…     

邻近建筑物的暗挖隧道施工数值模拟

软土中采用暗挖法开挖隧道往往会引起土体变形,由于城市中暗挖隧道多建在建筑物高度集中的地区,土体变形对邻近既有建筑物的损伤不容忽视。采用二维有限元方法对邻近中、低层建筑物(采用整体基础)工况下的暗挖隧道施工进行了模拟和分析,建筑物长15 m。研究结果表明：建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降和衬砌的受力与变形,同时隧道开挖也会使邻近建筑物产生附加应力和变形。当隧道轴线与建筑物轴线的水平距离 0 m时,建筑物相对安全;当 时,建筑物会产生朝向隧道一侧的倾斜。当 为2.5～20 m时,产生较大的地面沉降,建筑物的首尾沉降差较大,建筑物较危险;当 为30～40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响较小;当 40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响可以忽略不计。由于基础的存在,建筑物的最大弯矩、轴力和剪力的变化量较小,增大量在10 %以内。     

小半径曲线隧道下地铁运行对粉砂土层引起的振动响应规律

小曲线地铁盾构隧道位于粉细砂层中对于列车运营水平及竖向循环荷载的响应较为敏感,特别是离心水平荷载,而郑州大部分地层以此地质构成为主,因此地铁在长期运营状态下,由于粉细砂土层的动力响应导致的砂土层沉降,给列车运行会带较大隐患.进行了长期孔隙水监测,并利用MIDAS有限元计算平台建立地铁道床-衬砌-土体耦合动力模型进行相互验证,研究了单列列车运行与双向会车、不同隧道埋深时对隧道周围土层的振动响应规律.结果表明,孔隙水压力在列车运营初期较大,后期逐渐减小并稳定,其中受到上下班高峰期、季节性气候,以及地下水位的影响,孔压可能造成小幅度上升,但总体趋势是下降.由于荷载叠加效应,双向列车同时经过会使孔隙水压力增幅大于单向列车运行的情况,在隧道下方的最大沉降发生在隧道左端,离隧道越远沉降量越小;在地下水位一定时,隧道埋深与孔隙水压力大小成正比,与隧道周围土体沉降成反比.     

承压含水层减压降水对既有盾构隧道影响研究

当基坑需进行非截断条件下的承压含水层降水时,承压水抽降产生的影响范围远大于基坑开挖的影响范围,其对基坑外既有隧道的影响值得重视。进行了承压层减压降水对既有盾构隧道影响的有限元仿真模拟,考虑了既有隧道相对于承压含水层不同位置时,既有隧道周围土体应力场、既有隧道横断面内力和变形。研究结果表明,隧道全部或者大部分位于承压含水层中时,抽水除可引起隧道发生整体隆起或沉降外,还将导致隧道自身产生较大的竖向压缩变形;当隧道全部位于上、下部隔水层时,含水层抽水对其隧道的变形影响不大,但当隧道位于上部隔水层情况下,抽水将会引起隧道产生整体下沉。     

基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟

上海新金桥广场基坑工程位于地铁区间隧道的正上方,坑底距隧道顶的最小距离仅为4 m.基坑开挖对该地铁区间隧道影响的分析与计算成为该工程的关键.为此建立了该基坑工程的数值分析模型,模型充分考虑了设计中隧道周围土体加固、充分利用时空效应开挖土方等重要措施,并采用了能反应应力路径的上海软土卸荷模量.数值模型对实际施工工况进行模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁隧道的影响.为优化设计和施工提供了有益的参考.     

地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形

对地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形计算方法进行研究。考虑盾构轴线与水平面的夹角 （即隧道埋深变化）,对林存刚公式进行修正,结合正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失的共同作用,提出全新的土体垂直变形计算公式。算例分析结果表明：在隧道埋深较浅工况下,新方法计算结果与林存刚公式的计算结果差异较大,新方法计算得到的开挖面前方地面隆起和后方地面沉降均较大;盾构上仰掘进时,随着 增大,由正面附加推力、盾壳摩擦力及土体损失引起的纵向土体垂直变形曲线呈上移趋势,由附加注浆压力引起的纵向土体垂直变形曲线则呈下移趋势;地面沉降最大值变小,但地面横向沉降槽范围逐渐变大。     

开挖卸荷状态下深基坑变形特性研究

深基坑开挖时因为卸荷作用会引起土体强度一定程度的降低,土体强度的降低会引起支护结构上土压力的变化,利用卸荷前土体强度指标进行土压力计算势必会小于实际情况,从而导致土体及支护结构变形计算值与实测值有一定的偏差。在深基坑开挖时,仅采用施工监测等手段进行事中控制是不够的,必须预先对变形值的发展规律做出模拟和预测。为探索深基坑开挖时,卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律,结合天津富力响锣湾大型基坑开挖,对开挖过程中土体基底回弹情况、支护结构以及周边土体的变形情况进行了全过程监测,利用试验结果数据计算出天津市富力响锣湾大型基坑开挖项目的卸荷强度参数,为后续数值模拟计算参数的选取提供了依据;利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,分别采用原状土的强度参数和卸荷参数对开挖过程中土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形情况进行了模拟,研究了两种情况下土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形规律,并将有限元模拟结果与监测结果进行了对比。研究发现,本工程土体卸荷后的扰动区在基底以下3～4 m范围,强度折减可达到20%～35%,根据卸荷比确定了周边土体强度折减为10%～15%;有限元模拟结果与实测值基本一致。通过分析可以看到,考虑基坑开挖卸荷作用是符合工程实际情况的,因此,建议在深基坑开挖设计时考虑土体的卸荷效应。该分析方法可为同类深基坑设计提供参考。     

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。     

近邻桩基施工对城市地铁隧道的影响分析

近邻桩基施工会对盾构隧道产生较大的不利影响,试桩过程中对试桩周围土体深层水平位移、隧道结构竖向位移和沉降进行了现场监测。监测结果表明,隧道结构竖向位移和水平位移缓慢增加,对桩体周边土体产生扰动;管片位移最大值发生在与试桩相对应的剖面上;随着试桩距离的增加,管片沉降和最大水平位移减小。管片以发生水平位移为主,沉降约为水平位移的0.5倍。在隧道埋深范围内,深层土体水平位移向隧道方向移动;隧道埋深范围以下,土层的水平位移向远离隧道方向移动。试桩实践表明,采用全套管钢套管护壁旋挖取土工艺,并在施工过程中对盾构隧道和周围土体进行动态信息化监测的施工方法能较好地预警、控制施工风险,得到的结论可以为相似工程的施工提供指导和参考。     

软土地基中节段式隧道衬砌与千斤顶力相互作用的三维模型

在大连湾海底隧道建设工程——光明路延伸工程隧道南侧近海域地段开挖过程中,隧道开挖引起的土体重分布会导致衬砌变形。本文利用ABAQUS有限元软件对衬砌变形与千斤顶力的关系进行了数值模拟研究,建立了在特定荷载下,节段厚度与千斤顶力的模型。研究结果表明：掘进所需的千斤顶力与节段的截面积有关,在复杂的地质特征和荷载作用下,隧道掘进工作面会产生较大的应力,需要有一定的推力才能掘进隧道。该模型分别分析了千斤顶推力的轴向力和地面荷载的弯矩对节段的接触应力和径向应力。