软土地层隧道盾构施工扰动固结机理初探

软土地层盾构施工与坚硬岩体中的新奥法施工对围岩应力的影响机理在本质上是不同的。在软土中盾构施工对周围土体的影响机理对城市地铁建设有重要意义。盾构施工对周围土体产生的挤压、剪切、拉伸作用,通过室内力学试验与数值模拟盾构施工对周围土体的力学作用,初步分析土体的力学变化;然后根据室内微观试验(电镜扫描)对已做力学实验的样本进行微观扫描分析,发现土体在受到挤压、剪切、拉伸的过程后土体发生了固结(土体颗粒变均匀与致密),即认为扰动固结圈的存在。为了进一步研究扰动固结圈的范围,通过建立不同净距的数值模拟模型,计算它们之间的相互影响关系,从而确定其固结圈的大小(划分为强扰动固结、弱扰动固结、无扰动固结)。在此基础上,进一步给出了扰动固结圈的定义、形成条件,为类似工程的研究提供参考依据。     

盾构施工扰动土体强度及变形特性试验研究

依托无锡地铁1号线盾构区间开挖工程,利用先进的GDS应力路径三轴仪,根据盾构施工周边不同区域内土体的扰动特点,开展了一系列不同应力路径下原状软黏土固结不排水三轴试验,并对其土体强度和变形特性进行了详细分析.研究表明:不同应力路径下土体强度不同,加载应力路径下的强度大于卸载应力路径下的强度;压缩应力路径土体屈服时其应变比拉伸应力路径大,强度也较高.因此,在盾构施工中更需要关注卸载区域土体的安全.     

小半径曲线盾构施工对周边土体位移的影响

为研究小半径曲线盾构施工对周边土体地表沉降和深层水平位移的影响,采用现场实测和有限元分析法对曲线盾构施工进行全过程模拟,分析了隧道曲率半径和千斤顶不平衡推力对隧道周边土体位移的影响.研究结果表明:曲线盾构施工会造成横向地表沉降最大值位置向曲线内侧偏移,地表沉降槽呈非对称性;在曲率半径250～500m内,地表沉降最大值及...     

固结沉降计算程序

在各种条形垂直分布荷载和多个矩形均布荷载同时作用下，该程序能计算地基中任意指定点的固结沉降量，因而适用于海堤工程及房屋浅基础的沉降计算。     

盾构施工对黄土地层的扰动及管片衬砌受荷特征

为探明黄土地层中地铁盾构隧道施工对地层的扰动以及管片衬砌结构承受荷载的特征,依托西安地铁2号线穿越黄土地层盾构隧道工程,采用颗粒离散元方法从细观层面对盾构施工引起的地层应力变化及开挖面失稳形态进行模拟分析,同时对实际作用在管片衬砌结构上的土压力和主体结构内力(轴力、弯矩)进行现场动态跟踪测试,分析盾构动态施工过程及后期稳定后的土压力对管片衬砌结构受力的影响.研究结果表明:临空面的产生导致隧道拱顶及两侧部分水平应力和垂直应力发生显著变化.管片衬砌结构内力受施工参数影响明显,尤其是千斤顶推力和注浆压力.     

软土地层小净距隧道盾构施工地表沉降规律分析

在软土地层中,针对小净距盾构隧道施工的地表沉降规律分析,对保证安全施工与控制地表沉降具有重要的意义.以苏州地铁4号线软土地层为例,根据现场条件,设计监测断面,对比单洞与双洞施工的地表沉降的变化规律,并进行分析,得出了以下结论:后行洞施工对先行洞的影响是一个挤压、剪切与拉伸的过程,地表沉降量也随之增减;随着后行洞掌子面向前推进,先行洞地表土体纵、横向沉降量先增大和后减小;先行洞施工后形成的扰动圈,使得后行洞的地表沉降量始终大于先行洞的沉降量.     

双圆盾构施工土体沉降有限元数值模拟

依托于上海轨道交通M6线9标双圆盾构区间隧道工程,对双圆盾构隧道施工力学行为进行了三维有限元数值模拟.计算中考虑了隧道开挖、管片拼装、盾尾注浆、浆液固结等主要施工步骤,分析了双圆盾构施工土体深层沉降特征,土体沉降的量值与范围,并与监测结果对比,进一步揭示了双圆盾构掘进环境土工影响特征.可为异形盾构在我国的开发应用提供参考.     

考虑土体非线性特性的一维固结理论研究

根据压缩曲线的性质,提出了用双曲线模拟土体压缩非线性性质的方法,在对太沙基固结理论的假设做了修正后,推导了非线性固结问题及其解,并将解与底部可测孔压的固结试验结果进行了对比。研究表明,考虑土体非线性性质的一维固结问题的解比太沙基固结理论解要接近试验结果,且求解过程与太沙基固结理论同样方便简单。     

富水砂卵石地层土压平衡盾构施工滞后沉降分析及预防控制措施

成都地铁富水砂卵石地层采用土压平衡盾构法施工时,存在着比较特殊的滞后沉降现象.结合成都地铁施工的实践经验,分析了富水砂卵石地层施工滞后沉降的产生机理,研究并总结了预防控制滞后沉降的措施,为国内类似工程滞后沉降的预防控制进行了初步的探索.     

考虑土拱效应的盾构隧道施工地表沉降规律研究

在盾构隧道施工中,易因地层损失引起地面沉降。在PECK公式中,假定地表沉降槽面积等于地层损失,忽略了土体在开挖前后应力状态的变化而产生的变形,从而产生误差;在隧道拱顶,因土体的不均匀沉降形成土拱,部分土体自重应力被转移到邻近的土体而出现应力释放,引起土体回弹,因此土体沉降槽面积小于地层损失。基于此,本文提出了一种考虑隧道拱顶土体卸荷回弹后的沉降槽面积计算方法,并据此对PECK公式的地表沉降计算方法进行了修正。     

土压平衡盾构土仓压力对地表沉降的影响

以广州地铁4号线盾构施工为工程背景,采用三维数值分析方法和现场测试等手段,对土压平衡盾构土仓压力变化引起的地表沉降变形规律进行了系统研究。结果表明:随着土仓压力的增加,掌子面后方地表沉降在减小,而掌子面前方地表隆起却不断增加,隆起一般出现在掌子面前方10 m范围内;当土仓压力处于超平衡状态时,地表隆起值增大,地表沉降值减小,且沉降减小量远大于隆起增加量;就地表沉降量而言,超土压平衡引起的地表沉降量最小。在满足盾构前方土体不被破坏的前提下,增加土仓压力是减小地表沉降的有效手段。     

盾构隧道拱顶渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响

通过建立三维隧道数值模型研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。基于渗流侵蚀试验,应用强度及刚度折减法定性模拟渗流侵蚀过程;建立盾构隧道施工模型,通过对比数值模型与现场实测数据验证数值模型的可靠性;研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。结果表明:拱顶部位渗流侵蚀引发的地表沉降量呈指数增长趋势;侵蚀过程的卸载作用使管片明显上抬,管片错台量逐渐增大;渗流侵蚀扩散范围越大,地表沉降及管片结构变形越大。     

基于ABC-BP神经网络的地铁盾构地表沉降预测

为研究地层参数和盾构掘进参数与地表沉降的非线性关联性,依托南京地铁6号线盾构区间,采用人工蜂群算法ABC优化BP神经网络,建立可预测地表沉降的ABC-BP神经网络模型。连续3个断面地表沉降预测结果表明:ABC-BP神经网络的预测精度和预测稳定性优于BP神经网络,且预测值与实测值一致;ABC-BP神经网络可较为准确地反映盾构机接近监测断面过程中的地表变形演变规律,最终实现地表变形控制的目的。提出了ABC-BP神经网络现场应用思路,构建了地层-掘进参数-沉降的关系,进而通过地层参数直接实现对盾构掘进参数和地表变形控制。     

深厚欠固结软土悬浮桩复合地基固结沉降

沿海填土地区通常存在软土地基,其中软土层较厚,土壤欠固结现象普遍存在。这导致了诸如承载力不足、固结周期长、沉降量大等问题。为改善欠固结软土地基的低承载能力问题,依托珠海南湾大道悬浮桩地基工程,采用Flac3D有限差分计算软件建立复合地基模型,并将计算结果与短期监测数据进行比对,以验证模型的准确性。对深厚欠固结软土悬浮桩复合地基的沉降变形特征、孔隙水压力消散特征以及土体有效应力增长过程进行了研究。研究结果表明：模型的计算结果与监测数据基本吻合,数值模型能够准确反映饱和软土复合地基的固结和沉降特征,为深厚欠固结软土地基的道路施工提供了理论参考。     

高速公路地基沉降反演分析

基于竖向排水体饱和土地基固结理论解答,提出了考虑地基排水井加固区下卧层修正的路堤沉降数据反演地基固结特性的计算方法.比较了室内实验数据与对应现场反演计算参数,得出了反演分析固结系数相对高出室内固结试验成果1～2个数量级.运用这一成果,预测路堤中线下地基固结沉降历时曲线与实测沉降曲线很好吻合.因此,反演计算分析得到的海相沉积土的固结系数相对室内固结试验数据更加合理.     

隧道渗流引起的孔压变化及地层和隧道沉降

基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.     

盾构隧道穿越土坝的地层沉降控制

在盾构施工技术中,如何控制地层沉降,避免影响隧道上方建筑物,一直是人们非常关心的问题。虽然盾构及管片与其周围土体的耦合作用极其复杂,但对盾构扰动土体的变形分析和计算可为控制地层变形提供理论依据;规范盾构施工操作程序,可减少非正常地层损失;正确选择同步注浆和壁后注浆的材料、配比及工艺,可最大限度地填充建筑空隙;预先注浆和复注浆加固隧道上方土体,可减少土体扰动和固结沉降量。     

单隧道与双隧道盾构法施工引起的地基变形分析

隧道开挖在软粘土中引起的地层移动对都市环境中的地上建筑物和地下构筑物来说影响很大,因为地基沉降对已有建筑物具有潜在的危险,本文采用有限元法(PLAXIS软件)研究软土地基中单、双隧道施工引起的地基沉降、双隧道埋深、间距变化对地基变形和地面沉降的影响,数值计算结果与其他方法及工程实例的对比。     

排水预压法处理软基固结沉降计算方法的改进研究

结合工程实测沉降资料与传统固结沉降计算结果对比,以差值曲线拐点为分界点,对传统固结沉降计算公式进行了改进研究。推导出分段函数形式的沉降计算公式。工程实例表明,在山东沿海软土地区排水预压法处理的地基,用该方法计算沉降误差较小,尤其是对最终沉降量的计算具有较高的精确度。