Peck公式在双线盾构隧道施工地层变形中的适应性分析

首先研究了如何模拟计算盾构隧道施工引起地层变形的主要原理,特别是首次采用了三维法向弹性抗力系数变化模拟软土挤入盾尾空隙的复杂动态过程。在此基础上,编制了相应的三维有限元计算程序,结合上海市某重点隧道工程项目进行实例演算,得到了一些有益于实际工程施工的结论。

考虑多因素(土体损失、正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆力)的作用下,文章首先提出了改进统一土体移动模型的方法,其次建立了力学计算模型,对双线水平平行盾构隧道施工引起的土体变形计算方法进行研究。根据弹性力学mindlin解,对多因素中后3个因素引起的土体变形理论解进行计算,基于统一土体移动模型解对土体损失引起的土体变形理论解进行计算,最后叠加得到多因素下总的土体变形理论解。采用该方法对杭州地铁1号线的纵向地表沉降、纵向水平位移及不同深度处的土体竖向位移进行计算,研究其变化规律；同时对水平位移变化的影响因素进行分析。研究结果表明:随深度改变,在最大沉降量附近10~13m横向范围内的土体沉降会产生改变；土体水平位移方向随计算点和隧道的位置关系变化而发生改变；随着两隧道间距j的增大,双线隧道深度附近的土体水平位移减小,地表附近处的水平位移值变化值不大。

依托长沙市轨道交通4号线阜碧区间盾构工程,对盾构近接既有隧道施工地层变形进行现场试验研究,并在此基础上分析总结地层变形规律,研究结果表明:监测断面处地层在盾构机靠近时变形较大、远离时变形较小；靠近隧道轴线处地层沉降较大、远离轴线处沉降较小；从地表至地层一定深度,隧道两侧水平位移均向隧道中心收敛；既有隧道的存在会增强该侧土体抵抗变形的能力,使得新建隧道两侧地层变形不均匀。

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用flac3d建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以“椭圆化”变形为主,兼有断面收缩变形.

以广州地铁4号线工程实例为背景,结合盾构法施工地层变形机理以及隧道施工的地表横纵向沉降监测结果,分析总结了盾构隧道施工地表变形规律,为今后类似近距离下穿越既有线路或建(构)筑物的盾构隧道工程的地表沉降控制提供技术参考和指导。

隧道施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一。以盾构隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象,采用有限元数值分析软件模拟盾构隧道施工过程,分析盾构隧道引起的土体应力场、位移场变化,对比分析不同的地层损失、不同的土体本构模型、土体排水和不排水条件下隧道施工引起的地表沉降变形规律,并进行了不同影响因素的敏感性分析。结果表明,地表沉降槽近似正态分布曲线,地表沉降的主要影响因素依次为隧道埋深、内摩擦角、压缩模量、粘聚力和泊松比;提出了盾构隧道施工引起的地表沉降计算模型,并采取有针对性的措施来减少地表沉降,减小对周围环境的不良影响。

研究目的:岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落,地层大量失水、坍塌,严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞处理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工,以保证施工及运营安全。研究方法:采用多种勘查手段分析岩溶地层,充分注重盾构机及盾构施工的特点,比选、优化设计施工方案。研究结果:顺利完成岩溶段盾构隧道施工,验证了勘查及加固方案,填补了国内的空白。研究结论:综合运用多种探测方法对探明溶洞的分布很有成效;根据盾构施工特点制定地层加固方案并有效实施以及对盾构机设计进行针对性的改进并采取相应的掘进技术措施都是适宜的。

城市地铁区间修建过程中,盾构隧道开挖对邻近既有构(建)筑物扰动的影响是一个热点、难点问题.针对某城市双线盾构隧道侧穿铁路桥梁桩基且下穿城市道路u型槽工程,采用三维数值仿真模拟技术,研究了盾构隧道施工对邻近桩基的影响.研究结果可为城市轨道交通盾构隧道的安全穿越以及下穿段既有构(建)筑物的监控量测提供了依据.

研究隧道施工引起上覆不同深度处的地层沉降变形对分析城市地铁隧道施工对邻近建(构)物的影响意义重大.考虑隧道施工地层扰动变形由下向上逐渐变形的特点,基于peck法的沉降槽宽度与随机介质理论中地表影响半径关系,由下向上逐步分析隧道上覆各埋深地层的沉降变形；考虑各地层土性质、厚度和隧道半径对沉降槽宽度造成的影响,求得沉降槽宽度在地层各深度处的表达式；讨论了隧道上覆地层土性参数、成层土厚度和隧道开挖半径对地层沉降变形的影响,分析表明:地层的沉降槽宽度主要取决于该地层与隧道开挖面之间的覆土性质和厚度,与隧道半径也有很大关系；地层土的性质、厚度和隧道半径决定了地层的沉降范围,而地层损失决定了地层沉降量大小.隧道半径越大,沉降槽宽度越大；覆土的内摩擦角越小,沉降槽的宽度越小,地层沉降曲线越窄.

盾构法施工不同于常规施工方法(如浅埋暗挖、矿山开挖等),由于其特有的施工工艺使盾构法施工时引起的应力重分布及深层土体变形较常规方法有所不同,盾构隧道施工时盾构机的掘进、盾构机外壳与围岩之间的相互作用、盾构机通过、盾尾注浆与二次注浆等几个施工阶段都会扰动周围的围岩,这些施工扰动在试验研究中比较复杂。针对隧道施工引起的地层变形问题,各学者在理论和工程实践中做了许多研究,是在理论方面对盾构隧道

上海外高桥电厂是我国目前单机容量最大的火力发电厂,两条取水隧道是二期工程的一个重要项目,但由于其所处地理位置的影响,使得设计上取水隧道之间距离较小,施工过程中必须进行同步监测。文中详细介绍了监测方案的实施过程,分析了隧道内力、隧道断面收敛变形、接触压力等随工程施工的变化规律,保证了取水隧道工程施工的顺利进行。

运用大型有限元分析软件abaqus对双线盾构隧道下穿管线的施工过程进行了数值模拟,分析了四种不同施工工况对既有管线的影响,得到了双线盾构隧道下穿管线时比较理想的施工工况以及一些对实际工程有益的结论。

通过对轨道交通1号线望春桥站—泽民站区间盾构施工地表沉降测试,分析了宁波软土盾构隧道施工引起的地表沉降规律,进而采用peck公式、celestino法、vorster法、sagaseta法、loganathan&poulos法、chi法、park法、yoshikoshi法、verruijt&booker法、loganathan法对横向地表沉降,采用sagaseta法、修正sagaseta法、yoshikoshi法、修正yoshikoshi法对纵向地表沉降分别进行拟合分析,结果表明:在宁波软土地层条件下,监测断面4d范围内的地表沉降发展较快,沉降变化速率较大;peck公式、celestino法、vorster法、chi法、yoshikoshi法及loganathan法对横向地表沉降拟合效果较好,纵向地表沉降宜采用修正yoshikoshi法和修正sagaseta法,为宁波以轨道交通盾构隧道施工地表沉降控制提供依据。

以上海某邻近双线盾构隧道的基坑工程为背景,运用有限元方法计算,模拟基坑开挖的不同阶段,分析了不同工况下基坑变形、受力及对盾构隧道的影响,并对不同施工方式进行了对比分析.分析结果表明:施工内部框架结构有利于控制盾构隧道上浮和受力;支撑的拆除对坑底及下方隧道的变形和受力影响较小.研究结论可为类似工程提供借鉴与参考.

首先对比分析当前沉降槽宽度的计算方法,优选出o＇reilly＆new经验公式。然后通过成都地铁7号线现场实测地表沉降数据对o＇reilly＆new经验公式进行修正,得出地表沉降最大值,绘制沉降曲线,从而达到预测地表沉降的目的。经成都地铁3号线的实测数据验证,修正后的经验公式能较为准确地计算出沉降槽宽度,适用于砂卵石地层盾构隧道地表沉降的预测。

以南京地铁玄武门—新模范马路区间隧道盾构施工工程为背景,使用flac3d软件在考虑盾构隧道施工中的开挖、排土、衬砌等步序的前提下,进行盾构隧道掘进施工对地层变形影响的三维数值模拟.结果表明,在盾构掘进施工过程中,地层沉降具有明显的时间效应；地表沉降量随之逐渐增大；地层横向沉降变形随着地层埋深的增加,最大沉降值逐渐增大,沉降槽宽度逐渐减小；地层沉降历时曲线呈现出反\"s\"形.

本文根据天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中山门西段szm标段盾构区间工程的实际观测数据,确定了适用于天津地区的peck公式以及纵向沉降的指数公式的参数取值范围,并利用确定参数后的公式对地面沉降进行了预测和实际的沉降观测,对比结果显示,参数的确定基本准确,经过修正后的公式可以用于天津地铁施工的地面沉降的预测。

研究目的:探明盾构隧道施工中各制约因素取值差异对地表沉隆变位分布规律的影响。研究方法:本文以某拟建地铁城市区间盾构隧道试验段为研究对象,引入荷载释放系数和纵向等效刚度系数,采用三维有限元法对盾构隧道施工引起的地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线进行了研究。研究结果:揭示了围岩条件、隧道埋深和顶推力等因素变化对盾构隧道施工引起地表沉隆变位的影响,运用三维曲线探讨了盾构隧道施工过程中的地表沉隆变位曲线空间分布变化规律。研究结论:围岩条件恶化、隧道埋深减小和顶推力增大都将导致施工引起地表沉隆变位影响的加剧,建议工程施工中采取调整顶推力等措施以降低施工对地表环境的影响。

随着经济社会的不断进步,地铁已经逐渐成为发达城市的重要交通要到,在一定程度上缓解了交通压力.在城市地铁建设中,最常用的方法是盾构法施工.盾构法施工的优点的能够不间断的进行掘进,而且掘进进度比较稳定,能够在软弱土层进行施工.但是由于盾构法施工过程中,刀盘与盾体、盾体与管片存在间隙,在同步注浆无法及时跟上的情况下,容易造成地表沉降.因此,在地铁建设中必须要加强对沉降的观测,并加以控制.在为城市地铁隧道进行盾构施工时,由于施工环境能很大程度上避免施工影响,因此要严格控制地表沉降,保证施工质量.

依托广州已建某换乘车站的大断面隧道中洞法施工工程背景，进行了车站隧道中洞施工期间的地表沉降、洞内支护结构和围岩位移变形监测，分析了浅埋隧道中洞法暗挖施工过程中的各部位变形特征，对施工中出现的变形问题进行了深入的原因分析，在此基础上提出了针对性的施工控制技术措施，为复杂条件下大断面隧道中洞法开挖的安全施工提供了技术保障。

本文通过建立有限元模型计算地铁重叠盾构隧道的变形,并分析了上下隧道的施工顺序、盾构隧道净距、土体加固措施等因素对变形的影响,得到以下结论:先上后下、先下后上对地面沉降影响很小,先下后上施工顺序中下部隧道会上浮,先上后下施工顺序中上部隧道会沉降;盾构净距越大,先下后上施工顺序中下部隧道的上浮量越小;采用注浆加固措施能有效减少下部隧道上浮量。

依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,对软土区双线盾构施工引起的地表变形进行现场实测,分析地表变形的规律及双线peck公式在软土地区的适用性,研究土体损失率的取值.分析结果表明:软土地区双线盾构掘进引起的沉降绝对值较大且二次扰动效应明显强于其他土质；单环排土量与盾尾注浆压力的比值与地表最终沉降之间呈现较好的正相关性；土体损失率与单环排土量之间满足玻尔兹曼分布规律,即在盾构正常施工的情况下,土体损失率分布在一个有限区间内,随着单环排土量的增加而增大.