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软黏土深埋矩形顶管施工地层变形分析

土木工程学报 2023年第S02期56卷 157-162页

作者：邓婷黄茂松时振昊张中杰王浩然同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125

结合上海轨道交通14号线静安寺车站工程,基于颗粒间应变(IGS)小应变刚度本构模型对顶管顶进过程进行了三维数值模拟。通过对比现场实测及既有工程经验,验证了数值模型的有效性。利用数值模拟,分析了软黏土地层中矩形顶管施工地层变形响... 详细信息

结合上海轨道交通14号线静安寺车站工程,基于颗粒间应变(IGS)小应变刚度本构模型对顶管顶进过程进行了三维数值模拟。通过对比现场实测及既有工程经验,验证了数值模型的有效性。利用数值模拟,分析了软黏土地层中矩形顶管施工地层变形响应。主要结论包括:(1)基于IGS小应变本构模型的数值模拟可以合理反映矩形顶管顶进引起地表沉降特征;(2)顶管施工引起地表沉降形态可以通过高斯曲线表征,随着顶管顶进,沉降槽宽度系数变小;(3)土体深层水平位移呈“S”形分布,在隧道顶部所在深度,土体具有最大的远离隧道的侧向位移和沿顶进方向的水平位移,在隧道底部所在深度,土体具有最大的朝向隧道的侧向位移及沿顶进反方向的水平位移。

关键词：矩形顶管软黏土有限元分析小应变刚度地层变形

软土地层加固对盾构姿态调控及地层变形的影响研究

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现代隧道技术 2023年第2期60卷 138-148,167页

作者：苏栋谭毅俊沈翔黄昌富陈湘生深圳大学土木与交通工程学院深圳518060 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室(深圳大学) 深圳518060 深圳市地铁地下车站绿色高效智能建造重点实验室深圳518060 中铁十五局集团有限公司上海200070

依托珠海市横琴杧洲软土地层大直径盾构隧道工程,建立未加固和预加固地层大直径盾构掘进数值仿真分析模型,通过改变推进系统荷载分布来施加偏转力矩,研究偏转力矩与盾构机俯仰角之间的关系以及盾构机姿态变化对地层变形的影响。结果表明... 详细信息

依托珠海市横琴杧洲软土地层大直径盾构隧道工程,建立未加固和预加固地层大直径盾构掘进数值仿真分析模型,通过改变推进系统荷载分布来施加偏转力矩,研究偏转力矩与盾构机俯仰角之间的关系以及盾构机姿态变化对地层变形的影响。结果表明,造成该工程盾构机初始“低头”状态的重力偏心矩为261 MN·m,地层预加固条件下,使姿态调至水平所需的偏转力矩约为21 MN·m,较未加固情况(111 MN·m)小81.1%;地层预加固条件下正偏转力矩每增加100 MN·m,盾构机俯仰角增加约0.015°,较未加固情况(0.095°)小84.2%;相同负偏转力矩条件下,预加固后俯仰角的绝对值较未加固情况小85.0%以上;地层预加固使地表最大隆起量和最大沉降量均减小95.0%以上。

关键词：软土地层盾构姿态偏转力矩俯仰角地层变形

盾构施工影响下砂土地层变形规律模型试验研究

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中国公路学报 2021年第5期34卷 135-143,214页

作者：房倩杜建明王中举刘翔北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 中铁第四勘察设计研究院集团有限公司湖北武汉430063 大连海事大学辽宁省近海桥隧工程重点实验室辽宁大连116026

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究。试验模型箱是由钢化玻璃板、... 详细信息

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究。试验模型箱是由钢化玻璃板、底部钢板以及刚框架组合而成的开口箱体,砂性地层采用完全烘干的砂土来制作,盾构开挖过程通过一种能够精确控制地层损失率大小的小型圆筒状传动装置来模拟,试验过程中的地层变化利用视频测量系统进行监测。研究结果表明:随着隧道埋深增加,土体扰动范围逐渐向两侧扩展,地表最大沉降值逐渐减小;当隧道埋深临近土拱形成深度时,沉降槽宽度显著增加,隧道上方核心沉降区逐渐减小。地层损失率与沉降槽宽度之间存在明显的线性关系。砂土粒径越大,地表最大沉降值越小,沉降槽宽度越大;当最大粒径与最小粒径比一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着砂土粒径的增大而减小;当最大粒径一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着粒径范围的增大而增大。不同隧道埋深、地层损失率和砂土颗粒级配下的地表沉降曲线均具有类似高斯分布函数的形态特征,向隧道中线处急剧下降,向远处逐渐变缓,与地层变形规律相似。

关键词：隧道工程地层变形模型试验砂土盾构施工

大断面矩形顶管施工地层变形及顶进参数控制研究

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现代隧道技术 2022年第6期59卷 97-105页

作者：徐宏叶飞刘奇田黎明安欢中铁一局集团有限公司西安710054 长安大学西安710064

以武汉地铁7号线顶管工程为依托,建立顶进施工地表沉降数值模型,分析顶进力与地层变形之间的关系。对比不同顶管施工过程中的土压、推力及地层沉降数据,总结埋深与地质条件对顶进参数的影响规律。研究结果表明:(1)顶管施工时,土体扰动... 详细信息

以武汉地铁7号线顶管工程为依托,建立顶进施工地表沉降数值模型,分析顶进力与地层变形之间的关系。对比不同顶管施工过程中的土压、推力及地层沉降数据,总结埋深与地质条件对顶进参数的影响规律。研究结果表明:(1)顶管施工时,土体扰动引起地表沉降或隆起,并导致管道下方2D~4D范围内的土体隆起(D为管道高度);(2)掌子面前方地表在附加顶进力的作用下出现隆起,后方土体由于开挖卸荷作用产生沉降;(3)在机头正前方1H(H为埋深)处地面出现隆起峰值,掌子面后方5 m范围内地表沉降变化较快;(4)随着附加顶进力的增大,机头正上方地表沉降减小,当顶进力大于20 000 kN时变化值逐渐变小,变化幅度不大。

关键词：矩形顶管大断面数值模拟地层变形控制技术

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浅埋隧道施工对上覆地层变形影响的试验研究

地下空间与工程学报 2022年第4期18卷 1233-1240页

作者：张家文邢文豪蒋仕清乌青松建材桂林地质工程勘察院有限公司广西桂林541002

以浅埋隧道近接施工引起上覆地层的变形为研究对象,引入透明土试验技术和粒子图像测速技术(简称PIV技术),设计开展了隧道开挖对地层变形影像的透明土模型实验,并且考虑了隧道分部开挖过程中地层变形的动态变化情况。采用量纲分析法推导... 详细信息

以浅埋隧道近接施工引起上覆地层的变形为研究对象,引入透明土试验技术和粒子图像测速技术(简称PIV技术),设计开展了隧道开挖对地层变形影像的透明土模型实验,并且考虑了隧道分部开挖过程中地层变形的动态变化情况。采用量纲分析法推导出模型试验的相似准则,并基于该相似准则设计了隧道开挖模拟试验模型箱,对不同隧道埋深工况进行了隧道开挖模拟,得到了竖直平面内地层沉降分布结果。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展浅埋隧道开挖模拟试验研究,上覆地层沉降的演变过程与隧道掌子面推进时的相对位置具有密切关系。

关键词：透明土浅埋隧道地层变形经验公式位移场

上海陆家嘴地区超深大基坑邻近地层变形的实测分析

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岩土工程学报 2018年第10期40卷 1950-1958页

作者：刘波上海岩土工程勘察设计研究院有限公司上海环境岩土工程技术研究中心

结合上海国际金融中心超大体量卸载、超深开挖深度、超长降水周期的基坑工程实践,通过对邻近地层变形的信息化监测,研究上海陆家嘴地区超深大基坑在顺逆作同步交叉实施条件下邻近地层的时空位移特征,初步探讨其变形机理和影响因素。研... 详细信息

结合上海国际金融中心超大体量卸载、超深开挖深度、超长降水周期的基坑工程实践,通过对邻近地层变形的信息化监测,研究上海陆家嘴地区超深大基坑在顺逆作同步交叉实施条件下邻近地层的时空位移特征,初步探讨其变形机理和影响因素。研究表明：重车动载对坑外地表沉降影响较大,地墙隆起对0.1H范围内的地表土体拖带上抬;地表沉降主要受软弱土开挖和承压井降水影响凹槽分布,纵向地表沉降空间效应明显,受顺逆作同步交叉实施影响差异沉降突出;坑外地层侧移角部效应明显,形成水平方向的土拱作用,并与系统刚度和土体硬度呈正比;坑内土体强隆起范围远超开挖面下1倍挖深,立柱隆起在第三和第五层土方开挖时发展速率明显较快;坑外设计挖深上部地层以斜向下位移为主,下部地层以斜向上位移为主;基坑土方开挖阶段,坑内地层卸荷隆起为主流动补偿为辅,坑外设计挖深以上地层土体流动补偿和承压井降水固结沉降均显著,而设计挖深以下地层以卸荷隆起为主兼有少量流动补偿。

关键词：超深大基坑地层变形信息化监测时空位移特征

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考虑小应变特性的软土盾构隧道地层变形分析

岩土工程学报 2020年第S02期42卷 172-178页

作者：易顺陈健柯文汇陈斌刘府生黄珏皓中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 湖北省环境岩土工程重点实验室湖北武汉430071 岩土力学与工程国家重点实验室宁波工程学院工程软土实验中心浙江宁波315211 武汉市市政建设集团有限公司湖北武汉430023 宁波工程学院建筑与交通工程学院浙江宁波315211 宁波轨道交通集团有限责任公司浙江宁波315040 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

盾构隧道施工不可避免会造成地层扰动,危及周围建(构)筑物的安全,因而准确预测盾构隧道开挖引起的地层变形显得尤为关键。以FLAC3D中的小应变模型为出发点,借助三轴模拟试验验证了小应变塑性硬化模型(PH-SS模型)在考虑土体小应变特性方... 详细信息

盾构隧道施工不可避免会造成地层扰动,危及周围建(构)筑物的安全,因而准确预测盾构隧道开挖引起的地层变形显得尤为关键。以FLAC3D中的小应变模型为出发点,借助三轴模拟试验验证了小应变塑性硬化模型(PH-SS模型)在考虑土体小应变特性方面的有效性和先进性;以上海某软土盾构隧道施工段为工程背景,分别利用莫尔–库仑模型(MC模型)和PH-SS模型研究盾构隧道施工引起的周围地层变形分布规律。研究结果表明:PH-SS模型不仅可以区分软土加载和卸载模量的差异性,而且可以较好地反映土体剪切模量随剪应变增大而衰减的特性,在表现软土行为时更为合理;当应力释放系数小于0.3时,预测地表沉降时考虑小应变特性与不考虑时的情况区别不大,但当应力释放系数大于0.3时,考虑土体小应变特性是十分必要的;应力释放系数越大,土体应力相关模量的力学响应越明显,地层变形越大;数值计算结果与实测数据进行对比表明,PH-SS模型计算得到的地表沉降更大,与实测数据更为贴近,也说明了PH-SS模型在预测盾构隧道地表变形规律的适宜性。

关键词：盾构隧道软土小应变特性 PH-SS模型 MC模型地层变形

富水圆砾地层盾构停机及复掘进地层变形响应研究

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富水圆砾地层盾构停机及复掘进地层变形响应研究

作者：张洪瑜中南大学

学位级别：硕士

圆砾地层中因设备故障、土方运输受阻、开仓检查等导致的盾构停机易引发地面大幅度沉陷,且长时间停机后,盾构复掘进需打破开挖面前方土体与土仓内渣土间的平衡状态,易加剧地层变形及失稳。因此,探明盾构停机与复掘进过程中地层变形规律... 详细信息

圆砾地层中因设备故障、土方运输受阻、开仓检查等导致的盾构停机易引发地面大幅度沉陷,且长时间停机后,盾构复掘进需打破开挖面前方土体与土仓内渣土间的平衡状态,易加剧地层变形及失稳。因此,探明盾构停机与复掘进过程中地层变形规律,对于制定合理的停机与复掘进施工参数、保证盾构隧道施工安全具有重要意义。本文基于耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立了反映盾构-渣土-圆砾地层相互作用关系的耦合分析方法,开展了富水圆砾地层盾构停机及复掘进地层变形响应特征研究。主要内容与成果如下:(1)根据坍落度试验标定了盾构土仓内渣土的塑流性参数,通过引入仓内渣土等效松散系数,实现了CEL模型中仓内压力的等效施加,建立了土仓内渣土坍落度、渣土塑流性参数、等效松散系数以及土仓压力之间的量化关系。渣土坍落度受渣土塑流性参数影响较大,复掘进过程中土仓内的压力与渣土等效松散系数又将对渣土坍落度造成波动影响。(2)建立了盾构停机-复掘进的CEL-FEM耦合分析模型,研究了地层变形响应规律,结合昆明地铁4号线现场实测数据验证了模型适用性,并探究了地层速度矢量、开挖面塑性区的发展过程。结果表明,盾构停机与复掘进均会加剧对邻近深层土体的扰动。停机初期,盾构开挖面上部地层变形及塑性区具有突增的风险;复掘进过程中地层变形主要经历“隆起、沉降、稳定”三个阶段,以隆起变形为主。(3)基于CEL-FEM模型分析了停机与复掘进期间土仓压力、螺旋机转速、刀盘转速、掘进速度对地层变形的影响,给出了停机与复掘进期间仓内压力以及掘进参数的合理建议。结果表明,相较于盾构稳定掘进阶段,仓内压力增大15%能有效控制停机期间开挖面前方地层沉降,而仓内压力减小5%能减少重启动期间隆起变形;复掘进期间,仓内压力与掘进速度对地层变形影响更大。图79幅,表18个,参考文献130篇

关键词：盾构隧道停机与复掘进耦合欧拉-拉格朗日掘进参数地层变形

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盾构隧道施工地层变形三维解及影响因素分析

现代隧道技术 2015年第1期52卷 127-135,142页

作者：姜安龙厦门轨道交通集团有限公司厦门361001

文章以某区间隧道富水砂层条件下盾构施工过程为研究对象,重点考虑了盾构正面附加推力、刀盘与土体之间的摩擦力、盾壳与土体之间的摩擦力、地层损失及盾尾同步注浆压力五方面因素的影响,建立了盾构推进力学模型。基于Mindlin解,建立了... 详细信息

文章以某区间隧道富水砂层条件下盾构施工过程为研究对象,重点考虑了盾构正面附加推力、刀盘与土体之间的摩擦力、盾壳与土体之间的摩擦力、地层损失及盾尾同步注浆压力五方面因素的影响,建立了盾构推进力学模型。基于Mindlin解,建立了考虑同步注浆压力及刀盘摩擦力影响的地层变形三维解析解,并结合现场监测数据和数值分析结果对其进行了验证。分析结果表明:盾构施工引起的横向地表变形曲线呈'V'形,纵向地表变形历时曲线呈'S'形;刀盘与土体之间的摩擦力引起的地层变形曲线左右两侧呈反对称分布;盾尾同步注浆压力引起地层隆起变形,设置合理的注浆压力并及时注浆能有效控制施工变形。该方法得到的结果更为合理,可用于预测盾构施工阶段的地层变形。

关键词：盾构隧道 Mindlin解地层变形三维解析解影响因素