雙圓盾構(gòu)隧道施工引起的地面沉降預(yù)測

通過研究盾構(gòu)施工引起地層移動及地表沉降的原因與機理,對施工過程中的地表變形量進行預(yù)測和數(shù)值模擬計算,并據(jù)此在設(shè)計與施工中根據(jù)現(xiàn)場特殊的施工工況和周邊環(huán)境條件,制定和采取有針對性的沉降控制措施。

文章以北京地鐵某盾構(gòu)區(qū)間隧道為研究對象,通過分析地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù),提出了以改進雙曲線模型擬合地面沉降規(guī)律、用特征值m_s評價盾構(gòu)施工條件下地層情況的方法,并研究了地層參數(shù)與地表沉降之間的關(guān)系。結(jié)果表明:盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降規(guī)律符合雙曲線分布特征,且在30d時基本穩(wěn)定；m_s值越大,地層條件越好,地面沉降越??；改進雙曲模型參量與地層特征值m_s存在一定規(guī)律性。該研究成果對盾構(gòu)施工中的地表沉降變形預(yù)測具有一定的參考價值。

在雙圓盾構(gòu)隧道施工過程中雙圓盾構(gòu)往往會由于以下因素發(fā)生側(cè)向偏轉(zhuǎn):(1)土層分布不均勻;(2)盾構(gòu)機的制造誤差;(3)運輸臺車的牽引力的不同;(4)已拼裝管片的作用;(5)注漿的流失;(6)施工中的不當(dāng)操作。首先,分析了雙圓盾構(gòu)施工中產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的原因以及糾偏方法,其中單側(cè)壓重是糾正雙圓盾構(gòu)側(cè)向偏轉(zhuǎn)的最為簡單經(jīng)濟有效的方法。在工程實踐中,壓重荷載的大小一般取決于操作人員的經(jīng)驗和現(xiàn)場觀測偏轉(zhuǎn)角的變化。在單側(cè)壓重實施前沒有預(yù)測其糾偏效果的方法,而且,壓重糾偏還會引起周圍地層的變位。應(yīng)用有限元數(shù)值模擬的方法,分析總結(jié)了壓重荷載與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系以及雙圓盾構(gòu)周圍土層的變形。對于最大允許偏轉(zhuǎn)角為0.6°時,需加壓重荷載為350kn將其糾正。同時,糾偏0.6°偏轉(zhuǎn)角會造成85mm的額外地表沉降,其結(jié)果可供實際工程的施工管理參考。

在對目前計算盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降的理論方法和經(jīng)驗方法進行對比分析基礎(chǔ)之上,提出了peck公式與隨機介質(zhì)理論的相關(guān)性,探討了實際工程應(yīng)用中的地表沉降計算問題。通過地表沉降計算式結(jié)合反分析法,可計算盾構(gòu)隧道施工對環(huán)境影響的允許沉降值,當(dāng)超過允許值時,即可判定施工質(zhì)量存在問題,應(yīng)通過調(diào)整施工參數(shù)和操作方法,將地表沉降控制在允許范圍內(nèi)。

首先研究了如何模擬計算盾構(gòu)隧道施工引起地層變形的主要原理,特別是首次采用了三維法向彈性抗力系數(shù)變化模擬軟土擠入盾尾空隙的復(fù)雜動態(tài)過程。在此基礎(chǔ)上,編制了相應(yīng)的三維有限元計算程序,結(jié)合上海市某重點隧道工程項目進行實例演算,得到了一些有益于實際工程施工的結(jié)論。

盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降因素分析

隨著城市地下空間的逐步拓展,盾構(gòu)法成為城市地下鐵路修建的主要工法。本文對盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降的影響因素進行了詳細(xì)的分析。同時結(jié)合北京地區(qū)進行盾構(gòu)隧道掘進的工程實踐,提出地表沉降的歷時階段,并結(jié)合工程實例對盾構(gòu)施工不同階段、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析進行討論,得出了有益的結(jié)論。

隨著隧道施工技術(shù)的發(fā)展,盾構(gòu)隧道愈來愈成為軟弱巖土層或繁忙鬧市地區(qū)地下工程施工的主要施工方法。但無論盾構(gòu)隧道施工技術(shù)如何改進,其施工引起的地層移動是不可能完全消除的。為此,本文就盾構(gòu)隧道施工地層變形特征、地表沉降原因及變形機理、地層變形預(yù)測等進行了分析研究,介紹了采用peck公式預(yù)測分析盾構(gòu)隧道地面沉降量及沉陷槽的方法,并提出了控制地層變形保護建筑物的主要措施,強調(diào)了運用數(shù)值分析方法對多工況變形進行預(yù)測分析僅僅具有指導(dǎo)性,只能作為控制沉降的理論參考,必須在盾構(gòu)施工過程中加強沉降監(jiān)測工作,隨時了解地面沉降信息,及時采取有效措施,以達(dá)到控制沉降和減少損失的目的,為今后地鐵設(shè)計與施工給予一定的指導(dǎo)。

以某過江隧道為研究對象,建立了雙圓盾構(gòu)施工三維數(shù)值模型,模擬分析了盾構(gòu)施工對周圍地層、交疊隧道的影響范圍和影響程度,并提出相應(yīng)的施工控制措施以保障隧道施工安全,為今后類似工程提供參考.

采用三維非線性有限元法模擬了廣州地鐵某雙圓盾構(gòu)隧道試驗段的實際施工過程,計算得到了地表沉降、土體內(nèi)部變形、地基應(yīng)力等結(jié)果,分析后得到了一些有益的結(jié)論,為完善盾構(gòu)施工技術(shù)提供了計算依據(jù),亦可為探索和完善廣東軟土地層中盾構(gòu)隧道技術(shù)提供參考。

雙圓盾構(gòu)隧道施工中土體變形控制和糾偏控制是其主要的技術(shù)難點。在分析雙圓盾構(gòu)隧道施工中盾構(gòu)機偏轉(zhuǎn)特性的基礎(chǔ)上,基于隨機介質(zhì)理論,采用坐標(biāo)變換和分區(qū)域積分,推導(dǎo)雙圓盾構(gòu)隧道施工中偏轉(zhuǎn)角與地表沉降和水平變形的函數(shù)關(guān)系式。通過實例計算,分析偏轉(zhuǎn)角對地表變形的影響規(guī)律。結(jié)果表明:偏轉(zhuǎn)將導(dǎo)致地表產(chǎn)生附加變形,使地表變形曲線由對稱變?yōu)榉菍ΨQ;地表沉降曲線存在3個焦點(v_1,v_2和v_3),水平變形曲線存在4個焦點(h_1,h_2,h_3和h_4),每個焦點左右兩邊土體的附加變形方向相反。對于逆時針偏轉(zhuǎn),v_1左邊和v_2,v_3之間的土體附加豎向變形為隆起,v_3右邊和v_1,v_2之間的土體附加豎向變形為沉降;h_1與h_2之間、h_3與h_4之間的土體產(chǎn)生正的附加水平變形,而h_2與h_3之間、h_1以左和h_4以右的土體產(chǎn)生負(fù)的附加水平變形。最大地表沉降隨偏轉(zhuǎn)角增大呈非線性增加,且其位置向左移動;最大右向水平地表變形呈線性增加,最大左向水平地表變形先減小后增加;水平地表變形的平衡點逐漸向左移動。對于順時針偏轉(zhuǎn),焦點兩邊土體的附加變形方向與逆時針偏轉(zhuǎn)相反,且最大右向水平地表變形隨偏轉(zhuǎn)角增大而減小,最大地表沉降位置和平衡點逐漸向右移動。

隨著電力電纜隧道直徑逐漸加大、埋深逐漸加深,在施工過程中會對地表周邊環(huán)境造成較大的影響。本文利用盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)對環(huán)境影響小且施工快的優(yōu)點,結(jié)合對上海世博北京西路～華夏西路電力電纜隧道工程監(jiān)測的數(shù)據(jù),并考慮盾構(gòu)施工的相關(guān)因素,采用土體擾動機理,得出了盾構(gòu)隧道施工過程中地表縱向及橫向斷面沉降的規(guī)律。同時,闡述了如何合理使用peck曲線對橫向沉降進行預(yù)測,控制施工中地表的沉降。

以昆明軌道交通某區(qū)間盾構(gòu)隧道施工過程中地表沉降的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),運用flac3d有限差分軟件建立模型,對盾構(gòu)施工開挖過程進行模擬,計算隧道開挖引起的地表沉降量。討論了不同圍巖應(yīng)力釋放條件下地表變形規(guī)律,以及隧道圍巖在相同應(yīng)力釋放條件下在掌子面施加支護力前、后地表變形間的聯(lián)系,同時將模擬計算得到的變形數(shù)據(jù)與工程實測數(shù)據(jù)進行比較分析。

假定土體不排水,利用彈性力學(xué)的mindlin解,推導(dǎo)正面附加推力、盾殼與土體之間的摩擦力引起的地面變形計算公式;提出土體損失引起的三維地面變形計算公式。將正面附加推力、摩擦力和土體損失引起的地面變形計算公式疊加,得到盾構(gòu)施工引起的地面變形計算公式,該方法適用于施工階段。算例分析表明,該方法的計算結(jié)果與實測值相當(dāng)吻合。盾構(gòu)施工引起的縱向地面變形曲線呈“s”形;隧道開挖面上方處軸線兩側(cè)的地面產(chǎn)生隆起現(xiàn)象;在正常施工時,盾殼與土體之間的摩擦力對地面變形的影響遠(yuǎn)大于正面附加推力。

基于mindlin解,經(jīng)數(shù)值積分求得盾構(gòu)掘進時切口附加推力、盾殼對周圍土體的摩擦力及同步注漿附加壓力引起的地面豎向位移,并以杭州慶春路過江隧道盾構(gòu)施工引起的地面實測位移對其進行驗證。分析結(jié)果表明,基于mindlin解求得的切口附加推力、盾殼摩擦力及同步注漿附加壓力引起的地面位移,與地層損失沉降疊加,可用來預(yù)測盾構(gòu)掘進引起的縱向地面隆陷;盾尾同步注漿所致橫斷面地面隆起符合高斯分布,考慮注漿所致地面隆起后的修正peck公式,可預(yù)測盾構(gòu)掘進所致地面隆起,并提高地面沉降參數(shù)反分析的精度。

雙圓盾構(gòu)掘進中的地面沉降控制技術(shù)——采用雙圓盾構(gòu)施t地鐵隧道是解決地下工程空間利用的有效途徑。介紹了上海市軌道交通10號線3標(biāo)同濟大學(xué)站-大連路站-郵電新村站區(qū)間隧道采用雙圓盾構(gòu)施工的方案。重點敘述了引起地面沉降的原岡及控制地面沉降的措施。通過工程...

盾構(gòu)施工中土體損失引起的地面沉降預(yù)測——土質(zhì)軟硬決定了隧道周圍土體的移動方向，移動焦點在隧道中心點與隧道底部位置之間變動。采用兩圓相切的土體損失模型，通過引入移動焦點的坐標(biāo)參數(shù)，建立了統(tǒng)一的土體移動模型，該模型能將park模型與loganathan模型包括...

目前市正建設(shè)中,盾構(gòu)法暗挖隧道得到了廣泛的運用。然而,地下施工將引起地表沉降,使鄰近建筑和管線受到不同程度的影響。作者以上海地鐵為工程背景,把數(shù)值分析理論應(yīng)用于這一研究領(lǐng)域,推導(dǎo)出一套利用試驗段實測數(shù)據(jù)推算出在整條隧道的施工中可能產(chǎn)生的地面沉降的計算方法,由它推算的沉降縱向分布曲線能較真實地反映各種情況下盾構(gòu)推進引起地面沉降的規(guī)律,經(jīng)對實測曲線比較,由它預(yù)測的沉降曲線基本符合實際情況。數(shù)值理論預(yù)測沉降的方法依賴于施工過程中的實測數(shù)據(jù),其反映的是施工階段的沉降,這種方法適用于施工進行過程中的沉降預(yù)測,并有助于分析各種施工參數(shù)推進引起的地面沉降規(guī)律。

目前市正建設(shè)中,盾構(gòu)法暗挖隧道得到了廣泛的運用。然而,地下施工將引起地表沉降,使鄰近建筑和管線受到不同程度的影響。作者以上海地鐵為工程背景,把數(shù)值分析理論應(yīng)用于這一研究領(lǐng)域,推導(dǎo)出一套利用試驗段實測數(shù)據(jù)推算出在整條隧道的施工中可能產(chǎn)生的地面沉降的計算方法,由它推算的沉降縱向分布曲線能較真實地反映各種情況下盾構(gòu)推進引起地面沉降的規(guī)律,經(jīng)對實測曲線比較,由它預(yù)測的沉降曲線基本符合實際情況。數(shù)值理論預(yù)測沉降的方法依賴于施工過程中的實測數(shù)據(jù),其反映的是施工階段的沉降,這種方法適用于施工進行過程中的沉降預(yù)測,并有助于分析各種施工參數(shù)推進引起的地面沉降規(guī)律。

本文首先分析了盾構(gòu)法隧道引起的地面沉降規(guī)律和沉降影響范圍,總結(jié)了盾構(gòu)隧道地面沉降的主要影響因素;指明地面沉降主要源于開挖面的應(yīng)力釋放和附加應(yīng)力等引起的地層變形,并對地鐵施工中的地面沉降安全判斷標(biāo)準(zhǔn)和控制原則進行了探討,為城市地鐵工程建設(shè)提供有益的參考。

1城市隧道施工中估算地面沉降的必要性在城市地鐵隧道施工中估算地面沉降是工程中必不可少的重要組成部分,通常用以對既有建筑物進行風(fēng)險評估,并提出建議:是否需要進行地層改良加固,是否需要對既有建筑物采取保護措施,以及如何選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒?。由于地鐵沿線建筑物很多,在伊斯坦布爾軟弱巖層中采用新奧法隧道施工,需要有一種快捷的、實用的估算地層變形的方法。伊斯坦布爾亞洲一側(cè)的地鐵線路長約17km,包

1城市隧道施工中估算地面沉降的必要性在城市地鐵隧道施工中估算地面沉降是工程中必不可少的重要組成部分,通常用以對既有建筑物進行風(fēng)險評估,并提出建議：是否需要進行地層改良加固,是否需要對既有建筑物采取保護措施,以及如何選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒?。由于地鐵沿線建筑物很多,在伊斯坦布爾軟弱巖層中采用新奧法隧道施工,需要有一種快捷的、實用的估算地層變形的方法。伊斯坦布爾亞洲一側(cè)的地鐵線路長約17km,