合肥地区复合地层盾构掘进参数控制研究 被引量：15

1

作者 秦佳佳 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2020年第3期435-443,共9页

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层3种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C和壁后注浆压力p对地表沉降和围岩变形响... 为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层3种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C和壁后注浆压力p对地表沉降和围岩变形响应的影响规律。研究结果表明:1)支护力N和注浆压力p对地表沉降的影响受地层和埋深的限制较大,收缩率C则相对较小;2)从地表沉降上看,盾构掘进参数(N、C、p)对软土层的影响最大,复合地层次之;3)p对管片上浮和管片内力的影响显著,不宜设置过高,软土层对p最为敏感,硬岩和软硬复合地层次之。最后,将这些影响规律应用于合肥地铁4号线某区间的盾构掘进参数控制中,结合现场数据分析,结果表明盾构掘进姿态正确,地表沉降稳定,掘进参数合理可靠。 展开更多

关键词 复合地层 注浆压力 盾构锥度 开挖面支护压力 盾构掘进参数 地铁隧道 数值模拟

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砂性土中顶管开挖面最小支护压力的计算 被引量：47

2

作者 魏纲 贺峰 《地下空间与工程学报》 CSCD 2007年第5期903-908,共6页

由于圆形顶管掘进机的长高比为1,开挖面破坏时会形成卸荷拱,滑动块是一个形状复杂的截柱体,并非楔形体模型假定的三角形楔体。假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体,滑动块上部为一梯形棱柱。采用太沙基松动土压力理论,根据滑动... 由于圆形顶管掘进机的长高比为1,开挖面破坏时会形成卸荷拱,滑动块是一个形状复杂的截柱体,并非楔形体模型假定的三角形楔体。假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体,滑动块上部为一梯形棱柱。采用太沙基松动土压力理论,根据滑动块的整体受力平衡,推导出砂性土中考虑成层土的开挖面最小支护压力计算公式。算例分析表明,该方法的计算结果要小于楔形体模型的计算结果,更接近离心模型试验结果。 展开更多

关键词 顶管 砂性土 开挖面 支护压力

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浅埋隧道工作面破坏模式与支护反力研究 被引量：41

3

作者 杨峰 阳军生 赵炼恒 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期279-284,共6页

将浅埋隧道工作面稳定性问题简化为二维问题,构造了隧道工作面破坏模式。该破坏模式由一系列刚性滑块组成,其对应的速度场在隧道工作面正前方可由竖向逐渐变为近水平向,较为符合实际。在此基础上,由破坏模式和速度场的几何关系递推计算... 将浅埋隧道工作面稳定性问题简化为二维问题,构造了隧道工作面破坏模式。该破坏模式由一系列刚性滑块组成,其对应的速度场在隧道工作面正前方可由竖向逐渐变为近水平向,较为符合实际。在此基础上,由破坏模式和速度场的几何关系递推计算所需的几何参数,得到浅埋隧道工作面支护反力的目标函数,并建立了优化变量的约束条件。利用Matlab编制程序求解该数学优化问题。最后通过算例得到了不同条件下维持浅埋隧道工作面稳定所需的支护反力及优化得到的破坏模式和速度场,并分析了影响工作面稳定的各个因素。 展开更多

关键词 浅埋隧道 工作面 支护反力 稳定性 极限分析 上限法 破坏模式

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大直径矩形顶管开挖面极限支护力计算方法 被引量：12

4

作者 丁万涛 王中荣 +1 位作者 郭晓炜 陈瑞 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第22期9563-9569,共7页

为进一步研究大直径矩形顶管开挖面稳定性,通过建立实际工程地质数值模型,对大直径矩形顶管发生主动极限破坏时开挖面前方土体的破坏区域进行简化;基于破坏模式,改进现有的楔形体计算模型,推导矩形截面主动极限支护压力的计算方法;将该... 为进一步研究大直径矩形顶管开挖面稳定性,通过建立实际工程地质数值模型,对大直径矩形顶管发生主动极限破坏时开挖面前方土体的破坏区域进行简化;基于破坏模式,改进现有的楔形体计算模型,推导矩形截面主动极限支护压力的计算方法;将该方法得到的极限支护力值与实际工程计算结果进行对比验证合理性,继而进行影响因素敏感性分析。结果表明:提出的梯形楔形体计算模型与数值模拟结果相近,且优于等效截面计算结果,可见研究结果能够为大直径矩形顶管在土层中顶进时的确定合理的支护压力提供依据。 展开更多

关键词 矩形顶管 开挖面 破坏模式 支护压力

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富水砂层盾构开挖面支护压力与地层变形关系离心模型试验研究 被引量：4

5

作者 罗维平 袁大军 +3 位作者 金大龙 陆平 陈健 郭海鹏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S02期345-354,共10页

为探究富水砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地层变形特征的关系,通过自主研发的离心模型试验系统,依托武汉地铁8号线大盾构越江隧道工程,研究了不同埋深情况下的开挖面支护压力对开挖面稳定及地层变形特征的影响,得到了开挖面支护压... 为探究富水砂土地层盾构隧道开挖面支护压力与地层变形特征的关系,通过自主研发的离心模型试验系统,依托武汉地铁8号线大盾构越江隧道工程,研究了不同埋深情况下的开挖面支护压力对开挖面稳定及地层变形特征的影响,得到了开挖面支护压力与地表变形之间的关系曲线。研究结果显示:(1)当隧道埋深较浅(<1.5D,D为盾构直径)时,支护压力对地表变形的大小及扰动范围的影响均随着埋深的增加而减小;当隧道埋深较深(>1.5D)时,不管支护压力过小还是过大,开挖面支护压力对地层变形的影响很难延伸到地表。(2)当支护压力过大时,对地层的扰动呈现为鱼尾型,主要可分为挤密区、顶隆区、顶沉区以及沉降区,其中地表距离开挖面约1D范围内为沉降区,1D~2D范围内为隆起区。(3)当支护压力过小时,对地层的扰动主要为沉降,影响范围为开挖面前方1D左右,且随着埋深的减小,影响范围会增大。该研究通过离心模型试验得到了不同埋深条件下基于变形控制的支护压力设定范围的建议值,旨在为实际工程中支护压力的控制提供指导。 展开更多

关键词 富水砂层 盾构开挖面 支护压力 地层变形 离心模型试验

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水平分层土质条件下浅埋隧道掌子面支护稳定性研究 被引量：5

6

作者 王金麒 李林安 +2 位作者 陈茜 王志勇 刘习军 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2016年第2期196-204,共9页

浅埋隧道由于具有埋深浅、开挖面大的特点,在开挖过程中遇到的土质分层情况往往比较复杂。隧道掌子面的稳定性会对隧道施工的安全产生重要影响。保证掌子面稳定性的关键在于如何确定合适的极限支护压力。因此对水平分层土质条件下掌子... 浅埋隧道由于具有埋深浅、开挖面大的特点,在开挖过程中遇到的土质分层情况往往比较复杂。隧道掌子面的稳定性会对隧道施工的安全产生重要影响。保证掌子面稳定性的关键在于如何确定合适的极限支护压力。因此对水平分层土质条件下掌子面的极限支护压力进行研究。首先,根据村山公式的对数螺旋线假设,建立了具有共同旋转中心的分层超前核心土旋转破坏模式。其次,依据覆盖层楔形破坏模式和前人模型试验结果,简化隧道覆盖层土体对掌子面的影响模型;同时,根据极限分析理论计算了土体的外部荷载功率和内能耗散功率。然后,建立引入支护压力的极限方程,推导出了保证浅埋隧道掌子面稳定的极限支护压力的计算公式。最后,为验证理论计算的准确性,将理论分析结果和Flac3D数值模拟结果进行了对比分析。以上理论为研究水平分层土质条件下浅埋隧道掌子面的支护稳定性提供了一定的理论指导。 展开更多

关键词 隧道掌子面稳定 水平分层土 支护压力 对数螺旋线

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基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究 被引量：4

7

作者 陈登开 钟久强 +2 位作者 余志勇 蒋亚龙 朱碧堂 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2021年第10期1708-1716,共9页

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解... 合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性。基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式。结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50%时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升;2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50%时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定;3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75%后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近。 展开更多

关键词 浅埋隧道 复合地层 掌子面支护压力 有限单元极限分析 上限解

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各向异性地基中盾构隧道开挖面稳定性分析 被引量：4

8

作者 刘文洁 王同华 肖建勋 《重庆交通大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2018年第7期14-19,共6页

将盾构开挖面卸荷引起的主应力轴旋转考虑到"楔形体-棱柱体"极限平衡模型中,基于Casagrande各向异性强度公式,推导得到各向异性地基中盾构开挖面极限支护压力的极限平衡解,最后结合算例分析了各计算参数对极限支护压力的影响... 将盾构开挖面卸荷引起的主应力轴旋转考虑到"楔形体-棱柱体"极限平衡模型中,基于Casagrande各向异性强度公式,推导得到各向异性地基中盾构开挖面极限支护压力的极限平衡解,最后结合算例分析了各计算参数对极限支护压力的影响。算例分析表明:盾构开挖面极限支护压力随各向异性比的增大而线性减小,在各向异性比小于1时,若不考虑土体强度的各向异性会偏于不安全;在各向异性比大于1时,盾构开挖面极限支护压力随埋深比的增大而先减小后稳定,在各向异性比小于1时,规律则相反,且土体强度各向异性越明显,其变化的幅度越大;盾构开挖面极限支护压力随土体黏聚力的增大而线性减小,随土体内摩擦角的增大而非线性减小。 展开更多

关键词 隧道工程 盾构开挖面 极限支护压力 各向异性 极限平衡法

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基于不同破坏模式的盾构隧道掌子面支护力上限分析 被引量：3

9

作者 曾明生 王文法 +3 位作者 康海波 王华玲 李智 何毅 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期2360-2368,共9页

随着我国地铁、地下公路和地下动态交通系统等基础设施建设需求的快速增长,隧道成为开发利用地下空间最常见的一种形式。隧道施工过程中,掌子面后方岩土体存在变形和破坏的风险,隧道掌子面的支护研究一直是学术界的焦点问题。为获得合... 随着我国地铁、地下公路和地下动态交通系统等基础设施建设需求的快速增长,隧道成为开发利用地下空间最常见的一种形式。隧道施工过程中,掌子面后方岩土体存在变形和破坏的风险,隧道掌子面的支护研究一直是学术界的焦点问题。为获得合理的掌子面支护压力,使用极限分析上限法,对已有的破坏机构做进一步优化,并在其基础上建立适用于浅埋隧道的二维矩形-对数螺线-三角形的多块体破坏机构。推导出极限状态下维持隧道掌子面稳定所需支护压力的表达式,参考Terzaghi地基承载力的叠加原理,将其表示成土体黏聚力、地表荷载和土体重度三项影响的叠加。讨论支护压力随隧道埋深比、土体内摩擦角和土体黏聚力等参数变化的规律。结果表明:2种破坏机构得到的规律一致,隧道掌子面的极限支护压力随土体内摩擦角的增加而减小,随土体黏聚力的增加线性减小,随着摩擦角增大到一定值时,支护压力将趋于一较小的稳定值。通过数值软件OPTUMG2建立极限状态下的隧道开挖模型,并跟多块体破坏机构进行对比分析,验证了该破坏机构应用于浅埋隧道的合理性,能够为实际工程中确定掌子面支护压力提供借鉴。 展开更多

关键词 浅埋隧道 掌子面稳定性 极限分析 支护压力 数值模拟

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考虑土体剪胀性的富水盾构隧道掌子面支护反力非线性上限解 被引量：2

10

作者 张佳华 凌涛 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1219-1227,共9页

考虑土体剪胀性和孔隙水效应,在非线性破坏准则下研究盾构隧道掌子面的稳定性。利用极限分析上限法构建盾构隧道掌子面的对数螺旋曲线破坏机构,根据虚功率原理推导掌子面支护反力的解析解,利用序列规划算法得到了支护反力的最优解。研... 考虑土体剪胀性和孔隙水效应,在非线性破坏准则下研究盾构隧道掌子面的稳定性。利用极限分析上限法构建盾构隧道掌子面的对数螺旋曲线破坏机构,根据虚功率原理推导掌子面支护反力的解析解,利用序列规划算法得到了支护反力的最优解。研究结果表明,假定土体服从相关联流动法则,会明显低估支护反力,相对误差可达到29%。不考虑孔隙水效应,会显著低估支护反力,相对误差可达到56%。此外,土体剪胀系数以及孔隙水压力系数对掌子面的破坏范围也有显著影响。建议在计算盾构掘进推力时,应该考虑土体的剪胀性、破坏准则的非线性以及孔隙水效应,否则会造成结果严重偏小而导致掌子面发生坍塌破坏。 展开更多

关键词 隧道掌子面 极限分析 非关联流动法则 孔隙水 支护反力

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水位波动条件下盾构极限支护压力半解析研究 被引量：1

11

作者 应宏伟 沈华伟 +1 位作者 张金红 朱成伟 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期982-990,共9页

为研究潮汐作用对盾构隧道开挖的影响,采用有限元软件COMSOL建立三维数值模型,得到水位波动条件下盾构隧道开挖面前的渗流场变化规律,发现粉土地基中的渗流存在幅值衰减与相位滞后现象.将计算所得渗透力应用到"楔形体—棱柱体"... 为研究潮汐作用对盾构隧道开挖的影响,采用有限元软件COMSOL建立三维数值模型,得到水位波动条件下盾构隧道开挖面前的渗流场变化规律,发现粉土地基中的渗流存在幅值衰减与相位滞后现象.将计算所得渗透力应用到"楔形体—棱柱体"极限平衡模型中,计算并分析开挖面极限支护压力在水位波动条件下的变化特征,发现极限支护压力的波动与隧道埋深比、土层性质、边界水位波动等因素相关.随着隧道埋深比的增大和波动周期的减小,极限支护力的幅值衰减与相位滞后更为显著.潮汐作用下的极限支护压力最大值比最高潮位稳态渗流情况要小,支护力的最大值与最高潮位出现的时间不一致. 展开更多

关键词 水位波动 盾构开挖面 极限支护压力 有限元法 半解析解

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三维盾构隧道开挖面极限支护压力数值及理论解 被引量：23

12

作者 吕玺琳 李冯缔 +1 位作者 黄茂松 万家亮 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1469-1473,共5页

对盾构隧道开挖面稳定性进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了维持开挖面稳定最小极限支护压力随隧道埋深比及土体强度参数的变化特性.将极限支护压力值表示为土体粘聚力、上覆荷载、土体重度与其影响系数乘积的三项叠加,并通过数值模... 对盾构隧道开挖面稳定性进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了维持开挖面稳定最小极限支护压力随隧道埋深比及土体强度参数的变化特性.将极限支护压力值表示为土体粘聚力、上覆荷载、土体重度与其影响系数乘积的三项叠加,并通过数值模拟获得了各影响系数随隧道埋深比及土体内摩擦角的变化规律.利用数值模拟结果对三维楔形体模型进行对比验证,结果表明楔形体模型得到的各影响系数在规律上与数值模拟结果相符,但在数值上,土体重度影响系数与数值模拟结果更接近,而粘聚力和上覆荷载影响系数则存在一定偏差. 展开更多

关键词 盾构隧道 开挖面稳定 极限支护压力 数值模拟 极限平衡法

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砂土地层盾构开挖面极限最小支护压力 被引量：3

13

作者 刘宇 唐春安 谢欣 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期433-436,共4页

盾构施工过程中开挖面支护压力控制不当有可能导致周边管线破裂、建筑物倾斜等严重的风险事故.基于Flac3D数值模型及极限平衡模型研究了砂土地层中不同埋深比(C/D)及土层内摩擦角对开挖面失稳模式和极限最小支护压力的影响机制.通过对... 盾构施工过程中开挖面支护压力控制不当有可能导致周边管线破裂、建筑物倾斜等严重的风险事故.基于Flac3D数值模型及极限平衡模型研究了砂土地层中不同埋深比(C/D)及土层内摩擦角对开挖面失稳模式和极限最小支护压力的影响机制.通过对比分析两种方法,得出现有极限平衡模型由于无法反映开挖面失稳过程中侧压力系数随开挖面位移和埋深动态变化过程,因而与实际极限支护压力存在较大差异.该研究为砂土地层工程实践提供重要的理论依据. 展开更多

关键词 开挖面稳定性 埋深比 极限支护压力 FLAC3D 极限平衡理论

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