全風化巖層渣土改良對盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性的影響

針對軟黏土地層中隧道開挖面穩(wěn)定性開展離心模型試驗,由遠程控制模型推進模擬隧道開挖面被動漸進破壞。通過數(shù)字圖像處理分析技術(shù)對開挖面被動漸進破壞模式進行了探究,結(jié)合相應(yīng)數(shù)值模型對比,分析了開挖面極限支護壓力以及地表變形規(guī)律。研究結(jié)果表明:在開挖面被動破壞狀態(tài)下,隧道仰拱處首先出現(xiàn)與水平方向近似成45°+φ/2向上發(fā)展的滑動破裂帶,當其發(fā)展接近隧道拱頂時,拱頂滑動破裂帶形成,兩滑動破裂帶呈漏斗狀向上逐步發(fā)展至地表；隨著模型向前推進,開挖面壓力前期呈現(xiàn)線性快速增長趨勢,隨后土壓力增速逐步減小,開挖面壓力值最終趨于穩(wěn)定,分析確定軟黏土地層開挖面被動破壞狀態(tài)下的支護壓力可控制在1～1.9倍的靜止土壓力；開挖面被動破壞會引起前方地表產(chǎn)生隆起。

首先基于已有的砂土地層深埋盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性研究結(jié)果,分析了隧道開挖面的失穩(wěn)破壞模式。然后根據(jù)土拱形態(tài)與隧道埋深的關(guān)系,修正了terzaghi松動土壓力計算公式,將該公式引入到三維楔形體計算模型中,得到了砂土地層深埋盾構(gòu)隧道開挖面極限支護力的理論計算方法。最后通過算例把該方法計算結(jié)果與模型試驗和經(jīng)典理論方法所得結(jié)果進行了對比。驗證了本文提出的計算模型用于開挖面前方土體破壞特征分析合理,計算精度較高,同時計算過程較為簡單,可滿足工程需求。

利用flac3d建立三維數(shù)值模型,對考慮完全流-固耦合效應(yīng)的盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)過程進行模擬和驗證,并進一步分析水位高度、滲流時間對開挖面變形、地表沉降和孔隙水壓力的影響。研究表明:開挖面變形隨支護壓力比的減小經(jīng)歷3個階段的變化,且與土體塑性區(qū)的發(fā)展密切相關(guān);相比于無水狀態(tài),考慮流-固耦合效應(yīng)的開挖面穩(wěn)定性顯著降低,隨水位的升高、滲流時間的增大,開挖面發(fā)生失穩(wěn)破壞的支護壓力比明顯增大;支護壓力比(表征支護壓力)的減小將導致開挖面前方一定范圍的孔隙水壓力減小,靠近開挖面的孔隙水壓力受擾動程度加劇,形成\"漏斗狀\"的影響區(qū);開挖面失穩(wěn)導致土體位移場延伸至地表,引起地表產(chǎn)生明顯的沉降變形,在不同的變形階段開挖面中心點位移與最大地表沉降分別呈拋物線相關(guān)和線性相關(guān)。

將盾構(gòu)開挖面卸荷引起的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)考慮到\"楔形體-棱柱體\"極限平衡模型中,基于casagrande各向異性強度公式,推導得到各向異性地基中盾構(gòu)開挖面極限支護壓力的極限平衡解,最后結(jié)合算例分析了各計算參數(shù)對極限支護壓力的影響。算例分析表明:盾構(gòu)開挖面極限支護壓力隨各向異性比的增大而線性減小,在各向異性比小于1時,若不考慮土體強度的各向異性會偏于不安全；在各向異性比大于1時,盾構(gòu)開挖面極限支護壓力隨埋深比的增大而先減小后穩(wěn)定,在各向異性比小于1時,規(guī)律則相反,且土體強度各向異性越明顯,其變化的幅度越大；盾構(gòu)開挖面極限支護壓力隨土體黏聚力的增大而線性減小,隨土體內(nèi)摩擦角的增大而非線性減小。

強透水地層中隧道開挖面穩(wěn)定分析是盾構(gòu)掘進施工中一項關(guān)鍵技術(shù)。綜合考慮有效支護壓力和滲透力的影響,對隧道開挖面穩(wěn)定性進行了分析,前者基于土體穩(wěn)定的極限平衡理論計算結(jié)果,后者通過數(shù)值分析方法計算穩(wěn)態(tài)地下水流條件下隧道開挖面附近水頭分布推導得出。作用在隧道開挖面的支護壓力由有效支護壓力和滲透力共同構(gòu)成。研究發(fā)現(xiàn),地下水滲流對隧道開挖面穩(wěn)定產(chǎn)生極大影響,維持開挖面穩(wěn)定極限支護壓力遠大于無地下水滲流時的情況。理論分析結(jié)果、流固耦合數(shù)值模擬結(jié)果與工程實測數(shù)據(jù)取得較好的一致,驗證了本文理論與方法的合理性和有效性。

盾構(gòu)隧道穿越溶洞密布的復雜環(huán)境時,不可避免的引起巖溶開挖區(qū)應(yīng)力場突變,嚴重時造成溶洞坍塌、隧道突水突泥等工程災(zāi)害.采用有限元模擬方法,基于巖層破壞機理,分別針對溶洞數(shù)量不同及排列方式不同這兩種重要因素,從隧道開挖引起的位移場、應(yīng)力場和塑性區(qū)域三個方面分析巖溶隧道開挖所引起的圍巖變化規(guī)律.結(jié)果表明:溶洞的存在使得隧道圍巖最大主應(yīng)力顯著提高,圍巖豎向位移隨溶洞個數(shù)增加而增大,圍巖周圍土體的應(yīng)力場、位移場、塑性區(qū)域均隨著洞-隧之間不同的排列方式而呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律.分析結(jié)果可為巖溶地區(qū)盾構(gòu)隧道設(shè)計、施工以及運營提供理論及工程指導.

盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定的可靠度研究——目前，盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性評價方法均是確定性方法。為了考慮上體參數(shù)的變異性，提出用可靠方法來評價其穩(wěn)定程度。采用數(shù)值模擬方法，研究了隧道開挖面極限支護壓力?；赽p神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測大量給定地層參數(shù)工況下的開挖面極限...

基于塑性力學極限分析上限法,通過空間離散技術(shù),建立圓形盾構(gòu)隧道穿越分層地層時開挖面失穩(wěn)的三維破壞機構(gòu),推導盾構(gòu)開挖面極限支護壓力的計算方法,獲得最優(yōu)上限解。針對單一地層,將極限支護壓力計算方法與前人提出的3種多塊體模型計算方法進行對比,分析黏聚力、內(nèi)摩擦角等強度參數(shù)差異對極限支護壓力的影響,同時驗證本文方法的準確性。針對2種地質(zhì)強度差異較大地層,將此方法和數(shù)值模擬計算的極限支護壓力進行對比,研究地層差異性對極限支護壓力的影響,發(fā)現(xiàn)2種方法計算結(jié)果吻合度較高。研究表明:極限支護壓力隨上部軟弱地層在開挖斷面豎直方向上的厚度占開挖斷面總高度的比例增大而增大,并隨地層內(nèi)摩擦角、黏聚力差異的增大而增大。

盾構(gòu)隧道開挖面不穩(wěn)將會引起地面塌陷,盡管采用諸如地表注漿加固能夠保證盾構(gòu)掘進,但施工工序煩瑣、材料浪費嚴重、掘進效率低下,為了穩(wěn)定盾構(gòu)隧道開挖面、提高掘進效率,研究了超前預(yù)加固對富水砂卵石地層盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:采用玻璃纖維注漿錨桿預(yù)加固開挖面前方圍巖,能明顯提高開挖面前方圍巖強度,增強盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定性。研究成果具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

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收稿日期:2004-09-02 作者簡介:秦建設(shè)(1973-),山西夏縣人,博士生,主要從事隧道盾構(gòu)施工技術(shù)研究。 文章編號:1003-5923(2005)01-0027-04 盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定數(shù)值模擬研究 秦建設(shè)1,尤愛菊2 (1.河海大學巖土工程研究所,江蘇南京210098;　2.浙江省水利河口研究院,浙江杭州310020) 摘　要:盾構(gòu)隧道施工中,開挖面穩(wěn)定是保證掘進順利進行的關(guān)鍵,本文利用能夠考慮大變形破壞的拉格 朗日有限差分計算程序,對砂土地層盾構(gòu)施工中的開挖面穩(wěn)定問題進行了數(shù)值模擬,并與前人離心試驗研究 結(jié)果進行了比較分析,證明了數(shù)值模擬在研究盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定方面的可行性及其具有的優(yōu)勢,為盾構(gòu)隧 道施工中開挖面穩(wěn)定問題研究提供建議。 關(guān)鍵詞:盾構(gòu)施工;開挖面穩(wěn)定;離心試驗

通過對照物理模型試驗，采用二維顆粒流程序（pfc2d）對不同埋深和不同密度條件下的盾構(gòu)掘進過程進行數(shù)值模擬，從而分析開挖面前方土體破壞機理。首先通過研究支護力和地表沉降的變化規(guī)律，將模型箱試驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析，分別確定了極限支護力；利用二維顆粒流程序?qū)ν凉靶?yīng)進行研究，揭示了開挖面前方土體的失穩(wěn)破壞機理。結(jié)果表明，支護力和地表沉降的變化規(guī)律都可分為2個階段，且不受埋深條件的影響；發(fā)生局部失穩(wěn)破壞后，土拱繼續(xù)向上發(fā)展最終導致整體失穩(wěn)破壞；埋深比較小時，未能形成土拱，而埋深比較大時，滑動區(qū)與土拱區(qū)隨埋深比的增大而增大。數(shù)值模擬結(jié)果與模型箱試驗結(jié)果基本一致，驗證了采用縱面進行顆粒流模擬的可行性，因此可利用pfc2d進行深入顆粒流模擬。

通過對照物理模型試驗，采用二維顆粒流程序（pfc2d)對不同埋深和不同密度條件下的盾構(gòu)掘進過程進行數(shù)值模擬，從而分析開挖面前方土體破壞機理.首先通過研究支護力和地表沉降的變化規(guī)律，將模型箱試驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析，分別確定了極限支護力；利用二維顆粒流程序?qū)ν凉靶?yīng)進行研究，揭示了開挖面前方土體的失穩(wěn)破壞機理.結(jié)果表明，支護力和地表沉降的變化規(guī)律都可分為2個階段，且不受埋深條件的影響；發(fā)生局部失穩(wěn)破壞后，土拱繼續(xù)向上發(fā)展最終導致整體失穩(wěn)破壞;埋深比較小時，未能形成土拱，而埋深比較大時，滑動區(qū)與土拱區(qū)隨埋深比的增大而增大.數(shù)值模擬結(jié)果與模型箱試驗結(jié)果基本一致，驗證了采用縱面進行顆粒流模擬的可行性，因此可利用pfc2d進行深入顆粒流模擬.

盾構(gòu)隧道施工中,開挖面穩(wěn)定是保證掘進順利進行的關(guān)鍵,本文利用能夠考慮大變形破壞的拉格朗日有限差分計算程序,對砂土地層盾構(gòu)施工中的開挖面穩(wěn)定問題進行了數(shù)值模擬,并與前人離心試驗研究結(jié)果進行了比較分析,證明了數(shù)值模擬在研究盾構(gòu)隧道開挖面穩(wěn)定方面的可行性及其具有的優(yōu)勢,為盾構(gòu)隧道施工中開挖面穩(wěn)定問題研究提供建議。

泥漿滲透對盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性的影響研究 作者：李昀，張子新，liyun，zhangzi-xin 作者單位：李昀,liyun(同濟大學巖土工程重點實驗室)，張子新,zhangzi-xin(同濟大學土木工程學 院地下建筑與工程系,上海,200092) 刊名： 地下空間與工程學報 英文刊名：chinesejournalofundergroundspaceandengineering 年，卷(期)：2007，3(4) 引用次數(shù)：0次 參考文獻(7條) 1.項兆池.樓如岳.傅德明最新泥水盾構(gòu)技術(shù)2001 2.muller-kirchenbauerhstabilityofslurrytrenchesininhomogeneoussubsoil1977 3.anagnostoug.kovarikthefa

以位于富水砂層中的深圳地鐵11號線某區(qū)間隧道工程為例,采用有限差分軟件建立富水砂層盾構(gòu)隧道的三維數(shù)值模型,模擬分析4種不同支護壓力作用下盾構(gòu)隧道開挖面的穩(wěn)定性;在此基礎(chǔ)上,提出基于穩(wěn)定系數(shù)的開挖面失穩(wěn)風險分析方法,用于對富水砂層盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)風險的分析和評估。結(jié)果表明:支護壓力越接近前方土體的靜止水土壓力,則開挖面變形越小,開挖面也越穩(wěn)定;富水砂層盾構(gòu)隧道的極限支護壓力比約為0.4,高于不考慮孔隙水壓力時的隧道極限支護壓力比?，F(xiàn)場實際工程驗證表明,基于穩(wěn)定系數(shù)的盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)風險分析方法可以快速、有效地確定隧道開挖面失穩(wěn)的風險等級,可用于快速評估富水砂層中盾構(gòu)隧道開挖面的失穩(wěn)風險。

文章以某在建隧道下穿既有運營地鐵隧道成渝客專為工程依托，采用數(shù)值計算，以強度折減法為計算手段，以安全系數(shù)作為穩(wěn)定性判斷的依據(jù)，對近接運營地鐵隧道的盾構(gòu)隧道開挖穩(wěn)定性進行了分析。

在盾構(gòu)施工過程中,軟黏土地層開挖面的變形機理和穩(wěn)定性研究仍處于經(jīng)驗階段.利用離心模型試驗,研究了上海黏土地層盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性問題.試驗分析了盾構(gòu)開挖過程中開挖面前方土體土壓力的變化規(guī)律和支護應(yīng)力與地表沉降的關(guān)系.給出了主被動破壞的極限支護應(yīng)力值以及施工參考范圍,這對黏土地層盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性控制至關(guān)重要.

以某山嶺隧道為研究背景,采用大型有限元軟件adina建立高仰坡隧道模型,通過編制轉(zhuǎn)換程序,導入有限差分程序falac3d進行計算,基于有限差分程序本身后處理的弊端,采用tecplot程序進行后處理分析,研究結(jié)果表明:通過對比分析仰坡支護前后坡體位移可知,相對于短臺階法開挖,采用cd法能夠有效控制洞口仰坡滑動位移,保證仰坡整體穩(wěn)定性,同時能夠較好的與仰坡支護結(jié)構(gòu)協(xié)同工作,因此施工過程中建議采用cd法進行施工。

隧道開挖面的不穩(wěn)定性對施工技術(shù)的影響

文章結(jié)合南埡路三號隧道,利用強度折減法原理,分別使用flac~(3d)及3dec軟件進行數(shù)值模擬計算,定量地分析了貫通節(jié)理對隧道穩(wěn)定性的影響。通過計算,得出了軟弱圍巖中的隧道埋深與其穩(wěn)定性之間的關(guān)系,穩(wěn)定性隨埋深的增大而先增加后減小；并通過對比發(fā)現(xiàn),節(jié)理對巖體的削弱作用明顯,在節(jié)理巖體中修建隧道時,隧道支護應(yīng)適當做保守設(shè)計。

經(jīng)與離心試驗結(jié)果對比分析,驗證了應(yīng)用數(shù)值模擬研究盾構(gòu)隧道開挖對鄰近樁基影響是可靠的。通過采用mohr-coulomb彈塑性屈服準則,建立三維有限元數(shù)值模型,研究軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道開挖對鄰近樁基的影響規(guī)律。數(shù)值模擬結(jié)果表明,開挖導致群樁中前排樁變形及內(nèi)力均大于后排樁,且同排樁水平位移、彎矩和軸力沿樁身分布幾乎重合;與同位置單樁相比,群樁中各樁水平位移稍大,而沉降則更小;前排樁最大彎矩與同位置單樁相差不大,而后排樁最大彎矩稍大于同位置單樁,前、后排樁最大軸力均大于同位置單樁。