摘要:

随着我国社会经济的发展,越来越多的城市开始规划和修建地铁,在此期间,部分城市在地铁建设中遇到了地质条件非常复杂的砂卵石土层,特别是正在建设中的成都地铁1、2号线,区间隧道几乎全部从卵石土层中穿越,根据设计,成都地铁1、2号线部分区间隧道采用加泥式土压平衡盾构法施工.利用土压平衡式盾构施工时,开挖面支护土压力控制是保证掘进顺利进行的关键,目前国内外在这方面的研究主要集中于砂土和黏性土,关于卵石土盾构隧道开挖面变形与破坏的研究很少.基于此,根据卵石土具有强烈离散特性的特点,利用颗粒离散元数值方法,对卵石土层土压平衡式盾构施工中开挖面支护应力不足引起开挖面的变形及破坏问题进行了分析研究,探讨了隧道开挖面变形及破坏问题.研究结果显示:(1)开挖面极限支护应力远小于土体原位静止土压力;(2)开挖面失稳后,开挖面前部的滑动块为一曲面体.这为卵石土地层中盾构开挖面控制压力的确定提供参考.

摘要:

针对浅埋盾构隧道开挖渗流对开挖面支护压力和地层失稳模式的影响问题,考虑盾构机开挖仓渣土孔隙水压力和面板及开口率的作用,设计制作了水下地层浅埋盾构隧道的开挖渗流模型并建立了附近地层沉降的量测采集系统.在不同的稳态渗流条件下,逐渐加大盾构隧道开挖仓的进土量,量测开挖面水土压力和孔隙水压力以及附近地层沉降,并配合进行了数值模拟和极限平衡计算分析.研究发现:开挖面有效土压力随开挖体积损失的增加而降低,达到极限值后保持不变;维持开挖面稳定的必要支护压力与可以容许的地层失稳范围有关,开挖面的极限有效土压力与地层的极限失稳范围相对应,是最小的必要支护压力.渗流会使开挖面的极限有效土压力增大,与开挖面-地表之间的水头差大致呈线性关系.渗流会使开挖面前方地层的极限失稳范围增大,但对后方地层极限失稳范围的影响不大;对于开挖面-地表相对水头差较小(小于或等于0.33)的情况,渗流主要起到增大地层沉降量的作用,地层的极限失稳范围只是略有增大;对于相对水头差较大(大于0.33并小于1.00)的情况,渗流主要起到增大地层极限失稳范围的作用,而地层最大沉降量有所减小;对于相对水头差很大(大于或等于1.00)的情况,渗流对地层沉降量的影响和对极限失稳范围的影响都基本上已经达到了极限.地层的极限失稳范围可以自下而上地划分成3个部分,开挖面高度范围内的倒棱锥体,地表以下一定深度范围内的(顶部)倒棱台体,以及两者中间一定高度的(中部)倒棱台体,其中,棱锥体的纵向锥角(或纵向破裂角)及横向锥角(或横向破裂角)都随着相对水头差的增大而增大,对地层极限失稳范围的影响最为显著.

摘要:

在盾构隧道施工中,由于地层条件以及盾构掘进参数设置的多变性,使盾构给予开挖面的支护压力有较大的波动.针对广东肇庆市盾构隧道穿越软硬不均地层的施工,运用数值模拟研究由于开挖面支护压力变化而引起的地层变形规律、开挖面失稳后的破坏状态,并最终确定使开挖面保持稳定的极限支护压力.

摘要:

为探讨对向施工隧道贯通前开挖面存在的相互影响对地层稳定性的变化规律,本文将该问题假定为沿隧道纵向中线剖开的二维平面应变模型,采用刚体平动运动单元上限有限元法开展计算分析,获得了土体自重作用下地层临界失稳状态对应的隧道开挖面稳定性系数Ncr和有效间断线网破坏模式,以单元速度云图和速度矢量图形式呈现了典型破坏模式下速度场分布的特征.研究发现:对向开挖面间距比S/D对稳定性系数Ncr有显著影响,隧道埋深比H/D和土体内摩擦角?对其亦有影响.在转换间距比Str/D附近,稳定系数Ncr值差别不大,但破坏模式形态和范围差异明显.本研究为对向施工隧道贯通前的稳定性评价、选取合理预加固方案等工作提供理论支撑.

摘要:

为研究富水地层双线小净距土压平衡盾构隧道开挖面的扰动行为和稳定性,基于屈服接近度的概念,提出开挖面稳定性分析方法;并结合广佛环线沙堤隧道工程,分析不同纵向开挖间距下双线隧道施工时,先行隧道开挖面的渗流场分布、应力场扰动和极限支护压力差异性.研究结果表明,随着纵向开挖间距的增大,先行隧道开挖面的水压力分布趋向于以隧道中心为轴线呈近似对称分布,后行隧道开挖引起的先行隧道开挖面的渗透力较小;屈服接近度可以从应力扰动的角度反应隧道施工对于土体的扰动程度和开挖面稳定性的影响;对于富水地层双线小净距土压平衡盾构隧道,不同纵向开挖间距下先行隧道开挖面的极限支护压力差别不大.

摘要:

在盾构施工过程中,软黏土地层开挖面的变形机理和稳定性研究仍处于经验阶段.利用离心模型试验,研究了上海黏土地层盾构开挖面稳定性问题.试验分析了盾构开挖过程中开挖面前方土体土压力的变化规律和支护应力与地表沉降的关系.给出了主被动破坏的极限支护应力值以及施工参考范围,这对黏土地层盾构开挖面稳定性控制至关重要.

摘要:

盾构隧道穿越由岩质到富水软黏土或砂土的突变地质界面时,受不均匀土压力、强弱介质力学性质差异、孔隙水压力剧变等因素影响,将产生沿弱体界面的滑移破坏.基于筒仓理论,建立突变地质界面下的梯形棱柱体极限平衡模型,推导开挖面极限支护压力计算公式;以济南轨道交通R1线隧道下穿腊山河段为工程背景,分析不同界面距离时开挖面的破坏模式和围岩变形分布特征,揭示开挖面极限支护压力随界面距离的变化规律.研究结果表明:不同梯形体长度比下的极限破裂角均相同,可近似为45°-φ/2;当界面距离比ε为-1≤ε≤0时,开挖面的破坏模式由楔形体转化为梯形体,其极限支护应力比随界面距离的减小而显著增大;开挖面极限支护压力随界面前后黏聚力、内摩擦角差异的增大而增大,界面倾斜时对围岩稳定性的影响比界面垂直时更加显著.

摘要:

采用传统研究方法对盾构开挖面稳定性的分析多基于土体是均质、各向同性材料的假设,显然与其本身的非均质性相违背.为此,开展了考虑土体抗剪强度参数的空间变异性对盾构开挖面稳定性的影响研究.在随机场理论的基础上,采用协方差矩阵分解法建立了描述砂土内摩擦角空间变异性的三维随机场模型,借助于数值分析软件平台研究了内摩擦角的变异系数、自相关距离对开挖面失稳模式、极限支护应力的影响规律,并采用概率分析法探讨了极限支护应力特征值的选取.结果表明:砂土内摩擦角的空间变异性对开挖面稳定性有重要的影响;随内摩擦角的变异系数的增大,极限支护应力的概率分布离散性越大;开挖面失稳模式与自相关距离的大小密切相关,当自相关距离与隧道直径比较接近时,开挖面可能出现局部失稳;提出了开挖面极限支护应力特征值的概念,并结合失稳概率给出了其初步确定方法.

摘要:

基于B.B.Broms等提出的开挖面稳定系数的概念,结合概率分析方法,考虑了土性参数的空间变异性,将黏土参数不排水抗剪强度看作服从对数正态分布的随机变量,形成了盾构隧道开挖面稳定性概率分析法;并讨论了不排水抗剪强度的变异系数和其均值随深度线性增加的特征对开挖面失稳概率的影响规律.研究结果表明:黏土参数不排水抗剪强度的空间变异性对盾构隧道开挖面稳定性有着重要的影响,参数变异程度越高,开挖面发生失稳破坏的概率也就越大;开挖面失稳概率会随着线性系数的增大而逐渐降低.单一的开挖面稳定系数很难恰当地反映盾构隧道开挖面的稳定性状态,而采用失稳概率的表示方法更为合适.

摘要:

通过对照物理模型试验，采用二维颗粒流程序（PFC 2 D ）对不同埋深和不同密度条件下的盾构掘进过程进行数值模拟，从而分析开挖面前方土体破坏机理。首先通过研究支护力和地表沉降的变化规律，将模型箱试验结果和数值模拟结果进行对比分析，分别确定了极限支护力；利用二维颗粒流程序对土拱效应进行研究，揭示了开挖面前方土体的失稳破坏机理。结果表明，支护力和地表沉降的变化规律都可分为2个阶段，且不受埋深条件的影响；发生局部失稳破坏后，土拱继续向上发展最终导致整体失稳破坏；埋深比较小时，未能形成土拱，而埋深比较大时，滑动区与土拱区随埋深比的增大而增大。数值模拟结果与模型箱试验结果基本一致，验证了采用纵面进行颗粒流模拟的可行性，因此可利用PFC 2 D进行深入颗粒流模拟。