关于_盾构隧道施工松动土压力计算方法研究_的讨论_娄培杰
土压平衡盾构掘进的数学物理模型及各参数间关系研究
条式盾构：
Ｐ ＝ ｐ πＤ２
（ １３）
４
对于面板式盾构， 一般情况下， 面板上土压力比
土仓压力大一个附加值 δ， 则：
Ｐ＝ｐ πＤ２ λ＋（ ｐ＋ δ） πＤ２ （１－ λ）
（ １４）
４
４
式中： λ为开口率； ｐ 为土仓压力； δ为面板上的压力
附加值； 其他符号意义同前。
削了多少天然状态的土体。如果在盾构掘进时有添加
材料，
应考虑添加材料的重量，
取
ｋｅ
＝
ｄＧ天 然 ｄＧ天 然 ＋ｄＧ添 加
，
称为有效出土比。此时按下式计算 ｄＴ 内排出的天然
状态土体重量：
ｄＧ天然 ＝ ｋｅηｋＮｄＴ
（ ４）
式中： ｄＧ天然为 ｄＴ 时间内排出的天然土体重量； ｄＧ天 然
ｄＴ 时间内排出的添加材料重量； 其他符号意义同前。
推导土压平衡盾构的 ３ 个基本方程式， 进而得到土压平衡盾构 ２ 个总平衡方程式， 建立土压平衡盾构掘进的数理
模型。在此基础上推导总推力、土仓压力、螺旋机转速、掘进速度间关系的数学表达式， 利用盾构施工的现场数
据验证关系式的正确性。利用现场掘进数据统计刀盘扭矩、刀盘转速、土仓压力间的经验关系式。这些关系对土
体等一系列过程的连续性， 是土压平衡盾构推进时的
连续性方程。
１．３ 土压平衡盾构掘进的力学平衡方程
以盾构机为研究对象， 其力学方程为：
·８８·
土木工程学报
２００６ 年
Ｔ － （ Ｆ ＋ Ｐ） ＝ ｍａ
（１１）
式中： Ｔ 为盾构机总推力， Ｐ 为盾构与前方土体接触
压力， Ｆ 为推进时总阻力， ｍ 为盾构机质量， ａ 为推
盾构隧道通_错缝拼装管片受力及变形比较 (1)
通缝 、错缝之间的差异与环向接头的旋转刚度 密切相关 。为了明确其影响 ,我们将环向接头刚度 在一定的范围内进行变化 ,探讨两种接头形式的差 异 。计算时保持其它条件不变 ,考虑管片厚度为 350 mm 时 , 接头弹性铰刚度分别取 kθ+ = 1 000、 2 500、5 000、7 500、10 000、5 ×108 kN - m / rad六种
YAN Chang2zheng1, 2 , ZHANG Q ing2he1, 2 ,WANG Shen2tang3
( 1. Key L abora tory of Geotechn ica l Eng ineering, Tong ji U n iversity, S hangha i 200092, P. R. Ch ina 2. D epa rtm en t of Geotechn ica l Eng ineering, S chool of C ivil Eng ineering, Tong ji U n iversity, S hangha i 200092, P. R. Ch ina
图 4 接头刚度特性 Fig. 4 Stiffness characteristics of bolt sp ring
图 5 错缝拼装管片有效计算宽度 Fig. 5 The Effective calculated w idth of
stager - jointed segmental lining
203 / - 71 1134
49. 1
- 0. 014
0. 0044 /
277 / - 262 1134
17
- 0. 0043
26. 7 7. 9
图 7 通 、错缝管片主要受力比较 Fig. 7 Comparison of main Internal
地铁隧道盾构法施工对桩基变形与内力的影响
地铁隧道盾构法施工对桩基变形与内力的影响①王炳军1,李 宁2,柳厚祥2,韩 煊3,党 彦4(1.山东科技大学资环学院,山东青岛266510;2.西安理工大学岩土工程研究所,陕西西安710048;3.北京市勘察设计研究院,北京100038;4.青岛滨海学院,山东青岛266555)摘 要:通过数值仿真试验,分析了盾构法隧道施工引起的单桩桩身变形、轴力、弯矩随不同的桩洞距离、桩端与水平洞轴线的相对位置、桩型的变化规律,对群桩进行了数值仿真试验。
试验结果表明,开挖后桩身发生倾斜变形,桩身内力发生明显变化,且桩端与水平洞轴线的相对位置与桩端土性的不同对桩身内力变化有明显的影响;开挖引起的双桩的桩身内力相对于对应位置的单桩均减小,且由于前桩的遮挡作用,隧道开挖对双桩后桩的影响大大减弱。
关键词:盾构法隧道;桩;数值仿真试验;变形;内力中图分类号:U455.43 文献标识码:A 文章编号:1672-7029(2006)03-0035-06E ffects of shield tunneling on adjacent existing loaded pile foundationsW ANG Bing2jun1,LI Ning2,LI U H ou2xiang2,H AN Xuan3,DANG Y an4(1.Shandong University of Science and T echnology,Qingdao266510,China;2.X i’an University of T echnology,X i’an710048,China;3.Beijing G eotechnical Institute,Beijing100038,China;4.Qingdao Binhai University,Qingdao266555,China)Abstract:A numerical analysis is carried out to determine the response of both single piles due to shield tunneling.In the single piles analysis series of factors are considered,namely the distance from pile to tunnel,the pile end position relative to the horizontal tunnel axis,the pile type including friction pile and end bearing pile etc.Numerical results indicate that slip deformations and significant internal forces are induced in adjacent piles due to tunneling.The posi2 tions of pile end relative to the horizontal tunnel axis have a larger effect on the deformations and internal forces of ad2 jacent piles.Internal forces is reduced with a certain extent related to that of the single piles located at the equal hori2 zontal distance from the tunnel.And the effects on the rear pile of double piles are m ore significant due to the shelter from the front pile.K ey w ords:shield tunneling;pile;numerical simulation tests;deformations;internal forces 在繁华的市区内修建地铁隧道,隧道开挖不可避免地会对邻近结构物的基础产生影响。
盾构隧道近接既有桥梁的施工变形及控制技术研究
总第３２３期交 通 科 技ＳｅｒｉａｌＮｏ．３２３ ２０２４第２期ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．２Ａｐｒ．２０２４ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１ ７５７０．２０２４．０２．０２２收稿日期：２０２４ ０１ ０８第一作者：娄西慧（１９８６－），男，硕士，高级工程师。
盾构隧道近接既有桥梁的施工变形及控制技术研究娄西慧１ 李化云２（１．中铁大桥勘测设计院集团有限公司 武汉 ４３０１０１； ２．西华大学建筑与土木工程学院 成都 ６１００３９）摘 要 为探究盾构隧道近接施工对既有跨江大桥的影响与变形控制技术，研究桥梁基础的变形规律与安全影响，文中依托某跨江隧道工程，以隧道下穿公路引桥段为研究对象，采用ＰＬＡＸＩＳ３Ｄ有限元软件和室内正交试验相结合的方法，对隧道近接既有桥梁工程施工进行分析。
结果显示，１２号墩桩基最大沉降值７．０７ｍｍ；采取注浆措施前，１２号墩与１３号墩之间最大差异沉降值４．８ｍｍ，超出控制要求；利用正交试验优化注浆参数并对土体进行加固后，将最大差异沉降控制在４ｍｍ以内，满足变形控制要求。
关键词 隧道施工 桥梁 差异沉降 注浆加固 近接隧道中图分类号 Ｕ４５５ Ｕ４４５ 城市交通的发展形成各种交通建筑相互交错，新建线路对既有邻近建筑造成影响的问题不可避免，如何采取有效控制措施，保障新建与已建工程的施工及运营安全，成为工程界的一大难题，一些学者对相关问题进行了系列研究。
在数值计算方面，方勇等［１］采用三维有限元软件对盾构隧道施工时，近接桩基的沉降和位移变化规律进行了数值模拟。
结果表明，盾构隧道施工时，邻近的桩基础会发生倾斜，且随着盾构机顶进力的增大，倾斜率随之增大。
刘枫等［２］结合具体工程算例，模拟了超长隧道开挖对近接单桩和群桩的影响规律。
结果表明，隧道开挖对桩基的影响主要与桩长、桩径及隧道与桩的水平距离有关。
王凯等［３］研究了叠落隧道对既有桥梁的影响，并提出注浆加固和设隔离桩２种控制措施。
盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析_叶飞
第30卷第5期 岩 土 力 学 V ol.30 No.5 2009年5月 Rock and Soil Mechanics May 2009收稿日期：2007-09-03 基金项目：国家自然科学基金项目(No. 50808020)；中国博士后科学基金项目(No. 20080440183)；长安大学科学发展基金项目(No. 2008Q09)联合资助。
第一作者简介：叶飞，男，1977年生，博士后，主要从事隧道工程相关理论与技术研究工作。
E-mail: xianyefei@文章编号：1000－7598 (2009) 05－1307－06盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析叶 飞1, 2，朱合华3，何 川2（1.长安大学 桥梁与隧道陕西省重点实验室，西安 710064；2.西南交通大学 地下工程系，成都 610031；3.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092）摘 要：在假定注浆浆液为牛顿流体，并在盾尾间隙影响厚度范围内均匀柱面扩散的前提下，通过引入等效孔隙率替代土体本身的孔隙率来考虑建筑间隙的影响，对盾尾注浆和管片注浆2种情况下的浆液渗透范围及因注浆而对管片造成的压力进行了理论推导，得到了浆液扩散半径及对管片产生的压力计算式。
结果表明，盾构隧道壁后注浆浆液的扩散半径及对管片产生的压力与注浆压力、注浆时间、土体特性及浆液性质等众多因素有关，盾尾注浆对管片产生的注浆压力小于管片注浆对管片产生的压力。
在假定其他参数已知的条件下，通过一具体实例，讨论了盾尾注浆时浆液扩散半径及注浆对管片产生的压力与注浆压力及注浆时间的关系。
结果显示，虽然增大注浆压力、延长注浆时间均能增大浆液的扩散半径及对管片产生的压力，但增长速度不尽相同。
关 键 词：盾构；隧道；盾尾注浆；管片；管片注浆；注浆压力 中图分类号：U 451 文献标识码：ABack-filled grouts diffusion model and its pressureto segments of shield tunnelYE Fei 1, 2, ZHU He-hua 3, HE Chuan 2(1. Shaanxi Provincial Major Laboratory for Highway Bridge & Tunnel, Chang’an University, Xi’an 710064, China;2. Department of Underground Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;3. Key Lab. of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: Assuming that the back-filled grouts are Newtonian fluids, and the grouts diffuse with cylinder surface, the grouts diffusion radius and the pressure to shield tunnel segments in case of grouting at the tail as well as through segments, are studied by substituting the intrinsic void percent with the equivalent void percent of the soil to consider the influence of construction gap. As a result, the formula used to calculate the radius and the pressure are acquired. It is shown that the grouts diffusion radius and the pressure to segments are related to many factors, such as the grouting pressure, grouting time, characteristic of the surrounding soil and the grouts, etc. It is also shown that the pressure to the segments produced by grouting at the tail is less than grouting through segments. With other parameters known, the relationship between the grouts diffusion radius, pressure to segments, and the grouting pressure, grouting time is discussed by an engineering example, which shows that both the diffusion radius and the pressure to segments increase with the increase of the grouting pressure and grouting time, but their speeds are different. Key words: shield; tunnel; grouting at the tail; tunnel segments; grouting through segments; grouting pressure1 引 言依据盾构工法的特性，拼装好的衬砌脱离盾尾后，由于盾壳原来占据的空间、为衬砌的拼装操作所留空隙、盾构推进时带走的部分黏附于盾壳上的土体所形成的空隙等，在衬砌环背面与实际开挖洞壁间存在环形空隙，使土体暂时处于无支护状态，该空隙即为盾尾间隙。
分层土中盾构隧道掌子面极限推力研究
第 54 卷第 4 期2023 年 4 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.4Apr. 2023分层土中盾构隧道掌子面极限推力研究傅鹤林，吴疆，邓皇适，陈足(中南大学 土木工程学院，湖南 长沙，410075)摘要：在盾构隧道开挖过程中，掌子面受力十分复杂，盾构机对掌子面的推力对维持掌子面前方土体的稳定起着关键性作用，为此，基于筒仓理论和极限平衡法，改进传统楔形体模型，考虑盾构隧道掌子面处土体分层对掌子面极限推力的影响，建立折线型滑动模型，推导掌子面极限推力的计算公式。
依据实际工程建立相应的数值模拟模型，并对计算公式中各参数敏感性进行分析。
研究结果表明：考虑掌子面土体分层时极限推力的数值模拟解与由本文所得公式计算的理论解误差很小，验证了本文所述模型和计算方法的可靠性与准确性；掌子面极限推力随隧道埋深和直径增加而增大；分层土中引起极限推力变化的主要土体是上层软弱土；盾构直径越大，土体黏聚力和内摩擦角对极限推力的影响越大，且内摩擦角对极限推力的影响更显著；当盾构直径较小时，土体黏聚力和内摩擦角对极限推力的影响较小。
关键词：分层土；极限推力；筒仓理论；极限平衡法；折线型滑动模型中图分类号：U45 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）04-1370-09Research on ultimate thrust of shield tunnel face in layered soilFU Helin, WU Jiang, DENG Huangshi, CHEN Zu(School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)Abstract: During the excavation of a shield tunnel, the force on the tunnel face is very complicated, and the thrust of the shield machine on the face plays a key role in maintaining the stability of the soil in front of the tunnel. Based on the silo theory and limit equilibrium method, the traditional wedge-shaped model was improved, and the influence of the layered soil at the face on the ultimate thrust was considered. A broken-line sliding model was established, and the calculation formula for the ultimate thrust of the face was deduced. The corresponding numerical simulation model was established based on the actual project. The results indicate that when considering the stratification of the palm soil mass, the numerical simulation solution of the ultimate thrust force is very close to the theoretical solution obtained by the caculation formula in this paper, which verifies the reliability and收稿日期： 2022 −06 −10； 修回日期： 2022 −08 −25基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51538009)；贵州省科技计划项目([2020]2Y035) (Project(51538009)supported by the National Natural Science Foundation of China; Project([2020]2Y035) supported by the Science and Technology Plan Program of Guizhou Province)通信作者：傅鹤林，博士，教授，从事隧道与地下工程研究；E-mail ：**************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.015引用格式： 傅鹤林, 吴疆, 邓皇适, 等. 分层土中盾构隧道掌子面极限推力研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(4): 1370−1378.Citation: FU Helin, WU Jiang, DENG Huangshi, et al. Research on ultimate thrust of shield tunnel face in layered soil[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(4): 1370−1378.第 4 期傅鹤林，等：分层土中盾构隧道掌子面极限推力研究accuracy of the model and calculation method described in this paper. The numerical solution is very different from the calculation result when the soil layering at the face is not considered, indicating that the soil layering at the face has great influence on the ultimate thrust of the face, which cannot be ignored in the calculation and proves the rationality of the model in this paper. The ultimate thrust of the face increases with the increase of the buried depth and diameter of the tunnel, the main soil mass that causes the ultimate thrust change in the layered soil is the upper soft soil. The larger the shield diameter, the greater the influence of soil cohesion and internal friction angle on the ultimate thrust, and the more significant the influence of internal friction angle. When the shield diameter is smaller, the two influences on the ultimate thrust are smaller.Key words: layered soil; ultimate thrust; silo theory; limit equilibrium method; broken-line sliding mode在盾构隧道开挖过程中，掌子面推力对保持盾构机前方土体平衡起着极其重要的作用，推力过大和过小都会对上方建构筑物产生严重的不良影响，因此，研究盾构隧道掌子面极限推力具有十分重要的理论价值和经济价值。
盾构隧道管片衬砌的内力分析
文章编号:1004—5716(2002)05—94—03中图分类号:U455143 文献标识码:B 盾构隧道管片衬砌的内力分析肖龙鸽,薛文博(中铁隧道集团三处有限公司,广东乐昌512250)摘 要:结合上海市大连路越江隧道的工程特点,采用结构力学解析方法及多种计算模型进行了越江隧道盾构管片衬砌的内力计算,通过对衬砌内力的分析,为目前城市地铁区间盾构隧道管片衬砌内力计算探索出了一条计算模式。
关键词:盾构隧道;管片;衬砌;内力分析1 工程概况上海市大连路越江隧道横穿黄浦江,根据隧道所穿越土层的工程地质、水文地质条件而采用盾构法施工,衬砌采用单层装配式钢筋混凝土衬砌,衬砌外径为 11.040m,衬砌厚度δ= 55cm。
根据地质资料,浦东段沿线地基土按其岩性、时代、成因及物理力学性质差异从上至下可划分为10层,其工程地质特性如下:(1)人工填土层:以杂填土为主,部分素填土。
(2)褐黄～灰黄色粉质粘土:可塑～软塑状,中～高压缩性。
(3)灰色淤泥质粉质粘土:流塑,高压缩性。
(3—a)灰色粉质粘土:很湿～湿,中压缩性。
(4)灰色淤泥质粘土:流塑,高压缩性。
(5—1)灰色粘土:软塑状,高压缩性。
(5—2)灰色粉质粘土:可塑,中压缩性。
(6)暗绿～草黄色粘土:可塑～硬塑状,中压缩性。
(7-1)草黄色砂质粉土:湿,中密,中压缩性。
(7-2)草黄色粉细砂:湿,密实,中压缩性。
2 管片衬砌的内力分析2.1 概述地下结构设计和进行力学计算的模型和方法较多,目前主要采用荷载结构法设计模型和荷载结构法进行计算。
荷载结构法认为地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载,以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形,荷载结构法又可区分为两类:局部变形理论计算法和共同变形理论计算法。
图1为圆形衬砌常用计算方法的计算简图,其中,图1(a)表示周边承受主动荷载的自由变形圆环,对于松软地层可按自由变形圆环计算内力,图1(b)所示的圆环在侧向作用有弹性抗力,在坚硬地层中圆形衬砌结构内力计算必须考虑弹性抗力的作用。
土压平衡盾构机关键参数与力学行为的计算模型研究
土压平衡盾构机关键参数与力学行为的计算模型研究随着城市地铁建设的发展,国内已开始着手设计和研发国产盾构机。
然而我国盾构设计理论尚不成熟,诸如盾构与地层之间的相互作用关系以及盾构上的荷载对盾构行为的影响等研究相对滞后。
其次是国产盾构机的关键参数-推进力与刀盘扭矩的确定还没有形成一整套系统全面的计算理论模型。
当地质条件和隧道直径变化时,这些参数很难确定,缺少必要的理论依据。
因此,开展盾构机关键力学参数和力学行为的计算模型研究,其目的就是为盾构机的开发和国产化打下理论基础,为盾构的设计、选型和性能参数的确定提供必要的理论依据。
本文的研究成果和主要内容如下:(1)通过对刀盘扭矩构成要素的系统分析,建立了新的刀盘扭矩计算的理论模型。
提出了应考虑在模型中增加一些对刀盘的实际扭矩构成影响的新的要素,即,刀盘背面渣土的摩擦阻力扭矩、刀盘旋转时刀盘开口内土柱的剪切摩擦阻力矩以及刀盘构造柱的搅拌力矩,并对各扭矩分量进行了数学公式推导,通过与工程实测数据的对照分析对模型进行了验证。
该计算模型为盾构机刀盘驱动扭矩参数的选择和正确确定提供了一定的理论依据。
(2)基于盾构工程实际和现场测量数据,对刀盘扭矩计算的理论模型进行了实例计算。
通过对刀盘扭矩的构成、各影响因素扭矩分量的大小和所占比例的计算,分析了影响刀盘扭矩的主要因素,同时分析了模型参数(地质条件、施工参数、刀盘结构以及刀具参数等)对刀盘扭矩的影响,为盾构的设计、选型和工程运用提供了理论指导。
(3)建立了新的盾构推进力计算理论模型,运用力学原理和数学方法重新对盾构刀盘正面推进阻力和盾壳外围摩擦阻力进行了计算公式推导,以取代惯用的简化计算公式,使推力计算更精确,影响因素考虑的更全面;该模型全面系统地表征了盾构的推进力与盾构机的尺寸、土层的层别、厚度、容重、内聚力及内摩擦角等参数间的定量关系,为盾构机推力参数的选择和正确确定提供了理论依据。
(4)为了有效地实现对盾构的行为控制,建立了反映盾构行为(位移、偏转角)、地层参数和盾构千斤顶推力三者之间关系的铰接式盾构力学行为的计算理论模型,该模型为盾构机的方向控制提供了新的思路。