软硬不均地层盾构机姿态控制试验研究

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作者 黄大维 陈凯 +2 位作者 徐长节 卢文剑 曾小涛 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第10期2173-2182,共10页

软硬不均地层是盾构施工过程中常遇到的不良地质之一,盾构机在掘进软硬不均地层时,刀盘受力不均易导致盾构机姿态发生变化,从而导致盾构隧道偏离设计轴线。为研究盾构机掘进软硬不均地层时,刀盘受力和盾构机姿态变化之间的关系,设计了1... 软硬不均地层是盾构施工过程中常遇到的不良地质之一,盾构机在掘进软硬不均地层时,刀盘受力不均易导致盾构机姿态发生变化,从而导致盾构隧道偏离设计轴线。为研究盾构机掘进软硬不均地层时,刀盘受力和盾构机姿态变化之间的关系,设计了1∶10的模型盾构开挖施工模型试验,对试验中软硬不均地层中盾构机受力状况进行了分析,并对试验施工过程中盾构机的姿态进行了监测和分析。试验结果分析得出:①盾构机在开挖软硬不均地层时,刀盘掘进硬土层时开挖面土体反力大于刀盘掘进软土层时开挖面土体反力,刀盘将受到额外的开挖面扭矩,从而导致盾构机刀盘扭矩增大;②盾构法施工上软下硬地层时,盾构机刀盘逆时针转动,刀盘右侧接触硬土面积分别大于、小于、等于左侧时,盾构机刀盘受到开挖面反力整体合力分别向左下、左上、左;盾构机刀盘顺时针转动时,受力方向相反;③盾构机在开挖软硬不均地层时,刀盘转向应频繁规律的改变,正反转交替掘进;④盾构机在地层中的姿态变化受本身固有姿态和盾构机受力的综合影响。 展开更多

关键词 软硬不均 盾构施工 模型试验 盾构机受荷 盾构机姿态

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联络通道施工盾构机接收对已建盾构隧道影响试验研究 被引量：13

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作者 黄大维 陈后宏 +2 位作者 徐长节 封坤 耿大新 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期784-793,共10页

联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道受荷变形影响机制暂不明确问题,通过设计1∶10的缩尺模型试验,开展了联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道影响试验研究。试验结果分析表明:联络通道机械法施工时,盾构机开挖面... 联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道受荷变形影响机制暂不明确问题,通过设计1∶10的缩尺模型试验,开展了联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道影响试验研究。试验结果分析表明:联络通道机械法施工时,盾构机开挖面附加水平土压力将导致接收端已建盾构隧道对侧的土压力在中部有显著的增大,而两端则减小,即导致顶推对侧发生了水平被动土拱现象;在中间附加水平土压力作用下,隧道在中间发生了显著的竖椭圆变形,而在两端则发生了一定的横椭圆变形;隧道中间发生竖椭圆变形对上下地层形成挤压,在竖向上同样形成了被动土拱现象;隧道纵向挠曲变形时出现了一定的反弯现象。盾构隧道作为地层中的管状结构物,在地层中纵向变形分析时需要考虑横断面变形的影响。 展开更多

关键词 联络通道 盾构隧道 机械法施工 附加土压力 挠曲变形

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侧部注浆对已建盾构隧道受荷变形影响试验研究 被引量：3

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作者 黄大维 赵梽錡 +3 位作者 徐长节 罗文俊 耿大新 石钰锋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期510-518,共9页

采用侧部注浆法整治盾构隧道横椭圆变形超限过程中,盾构隧道周围附加土压力及隧道变形特性暂不明晰。通过几何相似比为1∶10的缩尺寸模型试验开展了侧部注浆对已建盾构隧道的影响试验研究,试验结果分析表明:在注浆挤压作用下,将导致隧... 采用侧部注浆法整治盾构隧道横椭圆变形超限过程中,盾构隧道周围附加土压力及隧道变形特性暂不明晰。通过几何相似比为1∶10的缩尺寸模型试验开展了侧部注浆对已建盾构隧道的影响试验研究,试验结果分析表明:在注浆挤压作用下,将导致隧道周围的土压力在注浆点处局部增大,两边有一定程度的减小,产生了明显的水平被动土拱现象;在注浆附加荷载影响下,模型盾构隧道在注浆点附近发生了竖椭圆变形,而在离注浆点较远处则发生了横椭圆变形,且隧道发生了反弯现象;注浆过程中发生了“渗透→挤密→劈裂”扩散模式与“挤密→劈裂→渗透”扩散模式,并阐明了两种浆液扩散模式的扩散机制;隧道外壁附加荷载主要由浆液通过渗透扩散与劈裂扩散的浆液压力所形成,同时浆液挤压土体变形对隧道周围的浆液也将形成一定的挤压荷载。 展开更多

关键词 盾构隧道 侧部注浆 隧道纠偏 模型试验 被动土拱

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地下水位变化对砂土地层地铁隧道沉降影响试验研究 被引量：5

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作者 黄大维 李彬鑫 +3 位作者 石钰锋 胡光静 袁岳峰 詹涛 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期122-130,共9页

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律... 为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律。结果表明:随着时间推移,隧道各测点所得数据呈现一定的周期性上升与下降变化趋势,前2年隧道总体上浮,之后略有沉降,第3年后虽有波动但基本未发生进一步沉降,第6年后隧道最大沉降不超过3 mm;砂性土地层中,地下水位变化会造成重塑土层内部应力变化,且振动荷载会导致土体颗粒结构重新调整至密实,易导致隧道发生沉降,因此不能忽视地铁周围施工降水给隧道带来的不利影响;土体振密及因地下水产生的浮力共同作用,导致隧道的上浮及沉降。相比于软土地层,砂性土地层中盾构隧道的沉降速率明显更低且沉降基本稳定时间更短,2种地层下的沉降规律、影响因素完全不同,各地层下的沉降分析理论亦无法相互适用。 展开更多

关键词 盾构隧道 隧道沉降 砂土地层 地下水位 车致振动

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基于螺栓拉伸刚度的地铁盾构隧道纵向刚度计算

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作者 黄大维 姜浩 +3 位作者 封坤 丁智 彩国庆 金浩 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期89-98,共10页

针对现有盾构隧道纵向刚度计算方法缺乏试验验证且未考虑螺栓拉伸刚度等因素影响的不足,首先,理论推导盾构隧道纵向刚度的解析计算方法;然后,以上海地铁盾构隧道为背景,设计并开展缩尺模型试验,通过实测结果验证解析计算方法;最后,以珠... 针对现有盾构隧道纵向刚度计算方法缺乏试验验证且未考虑螺栓拉伸刚度等因素影响的不足,首先,理论推导盾构隧道纵向刚度的解析计算方法;然后,以上海地铁盾构隧道为背景,设计并开展缩尺模型试验,通过实测结果验证解析计算方法;最后,以珠三角地区盾构隧道为工程背景,计算盾构隧道纵向刚度。结果表明:由于螺栓预紧力的存在,跨中加载较小时的实测隧道纵向刚度偏大,但随着跨中加载的增加,实测结果与理论计算结果趋于接近,验证了解析计算方法的合理性;珠三角地区盾构隧道在弹性阶段、塑性阶段和塑性变形后的纵向螺栓拉伸刚度依次为2.1255×10^(6),0.9859×10^(6)和3.1856×10^(6) N·m^(-1),纵向刚度依次为3.3068×10^(8),1.5345×10^(8)和4.9543×10^(8) N·m^(2);考虑到地铁盾构隧道发生纵向变形时,一定范围内的纵向螺栓所处变形阶段存在差别,在实际纵向刚度取值时应根据隧道最大变形导致的纵向螺栓拉伸量来具体分析确定。 展开更多

关键词 地铁 盾构隧道 纵向刚度 螺栓拉伸刚度 纵向螺栓 模型试验

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基于能量法的双线下穿既有隧道沉降研究 被引量：1

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作者 刘天宇 罗文俊 +1 位作者 颜建伟 江学辉 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期203-211,共9页

针对双线隧道穿越施工造成的复杂影响问题,基于能量方法,提出了考虑地层损失率差异的双线下穿开挖作用下既有隧道沉降的计算方法。基于经典的Peck和Mair理论,在计算新建隧道开挖引起的地层位移时,引入Hunt双线开挖沉降修正系数,考虑双... 针对双线隧道穿越施工造成的复杂影响问题,基于能量方法,提出了考虑地层损失率差异的双线下穿开挖作用下既有隧道沉降的计算方法。基于经典的Peck和Mair理论,在计算新建隧道开挖引起的地层位移时,引入Hunt双线开挖沉降修正系数,考虑双线隧道先后穿越引起的地层损失率差异性所造成的影响;基于Rayleigh-Ritz法和弹性地基梁理论,写出系统各部分功能关系式,建立系统总势能方程;利用变分法求解总控制方程,得到考虑地层损失率差异的双线隧道下穿引起既有隧道沉降的理论解析,并将理论计算结果与已有文献报道的工程实测沉降数据进行对比验证;以双线隧道下穿既有隧道为例,对双线中心间距、新建隧道直径以及新旧隧道净距展开参数分析。结果表明:理论计算结果与实测数据整体趋势一致,二者吻合较好,验证了所提方法的可行性;新建隧道先后下穿引起的地层损失率差异对既有隧道的沉降有显著影响;随着新建双线中心间距和新旧隧道净距的增大,既有隧道的沉降量随之减小;随着新建隧道直径的增大,既有隧道的沉降量随之增加,且第二次下穿施工产生的沉降影响会越发明显。研究成果可快速且合理评估既有隧道受新建隧道穿越施工影响时的纵向变形响应,对类似的双线隧道工程起到一定的理论支持和指导意义。 展开更多

关键词 双线隧道施工 隧道沉降 能量法 简化计算方法 PASTERNAK地基

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基于区域分解及零空间技术的周期排桩结构带隙计算方法与特性研究

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作者 郭文杰 李佳宝 +2 位作者 罗文俊 洪显 徐长节 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期648-654,共7页

针对传统能量法求解周期排桩结构带隙时位移型函数构造复杂、计算成本高、因桩土参数畸变而导致的波形拟合困难等问题,基于区域分解思路对传统能量法进行改进,将桩与土分别在独立坐标系下建模,克服桩土参数畸变问题;再结合零空间技术处... 针对传统能量法求解周期排桩结构带隙时位移型函数构造复杂、计算成本高、因桩土参数畸变而导致的波形拟合困难等问题,基于区域分解思路对传统能量法进行改进,将桩与土分别在独立坐标系下建模,克服桩土参数畸变问题;再结合零空间技术处理各类边界约束,克服了型函数构造中边界依赖问题,且大幅提高了计算效率。研究结果表明,相较于波数有限元法,该方法不仅同样准确、可靠,还具有效率优势。此外,土体弹性模量与排桩填充率是影响带隙的主要因素;相较于正方形布置的周期排桩,六边形布置时可以获得较高的起始频率、截止频率和带隙宽度。 展开更多

关键词 周期排桩 能量法 区域分解 零空间技术 带隙

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基于能量法的隧道穿越引起既有管线变形研究

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作者 罗文俊 刘天宇 +1 位作者 郝结平 江学辉 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期128-136,共9页

针对隧道穿越引起既有管线变形的问题,本文出发点并非沿用力学平衡,而是从系统能量入手。将既有管线视为Euler-Bernoulli梁,并搁置于可考虑地基连续变形的Pasternak地基上。参考Rayleigh-Ritz法给出位移函数,写出地基梁系统各部分的功... 针对隧道穿越引起既有管线变形的问题,本文出发点并非沿用力学平衡,而是从系统能量入手。将既有管线视为Euler-Bernoulli梁,并搁置于可考虑地基连续变形的Pasternak地基上。参考Rayleigh-Ritz法给出位移函数,写出地基梁系统各部分的功能表达式,建立关于管线变形的总势能方程。依据最小势能原理对其进行变分运算并求解,推导得到计算管线变形的理论解析。分别利用有限元软件的模拟结果和已发表文献中实际工程的监测数据验证所提方法的合理性。进一步对既有管线抗弯刚度、新旧结构穿越角度以及地层损失率展开参数分析。研究结果表明,随着既有管线抗弯刚度和新旧结构穿越角度的增大,既有管线的变形减小;而随着地层损失率的增大,既有管线的变形也随之增大。所提方法可快速评估隧道开挖对既有管线的影响。 展开更多

关键词 隧道穿越 管线变形 能量法 弹性地基梁理论 理论解析

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纵向残余顶推力对盾构隧道纵向刚度影响试验研究 被引量：13

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作者 黄大维 陈后宏 +3 位作者 罗文俊 徐长节 姜浩 王威 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期142-152,共11页

针对盾构隧道纵向刚度影响因素复杂、客观存在的纵向残余顶推力常被忽略等问题,以南昌地铁盾构隧道管片环为原型设计1∶10的缩尺模型,按环缝连接接头位置的不同,分2组开展纵向残余顶推力对隧道纵向刚度影响的试验研究,并结合工程实际分... 针对盾构隧道纵向刚度影响因素复杂、客观存在的纵向残余顶推力常被忽略等问题,以南昌地铁盾构隧道管片环为原型设计1∶10的缩尺模型,按环缝连接接头位置的不同,分2组开展纵向残余顶推力对隧道纵向刚度影响的试验研究,并结合工程实际分析影响盾构隧道纵向刚度的若干因素。结果表明:横向受力相同时,不同于刚度均匀简支梁反演得到的纵向挠曲变形,模型盾构隧道实测得到的纵向挠曲变形表现出明显的非线性特性;盾构隧道残余顶推力对其纵向刚度影响显著,刚度增长与纵向预压力增加呈现非线性关系;在相同纵向预压力作用下,角码布设在与水平线呈45°位置时,模型管片环之间可能发生的剪切位移量更大;盾构隧道残余顶推力、隧道挠曲变形阶段、环缝连接螺栓数量与形式、管片环缝端部构造等均对盾构隧道纵向刚度产生影响;隧道纵向挠曲变形主要由环缝张开及管片环之间的剪切滑移2部分导致,且管片环之间的剪切滑移具有随机性。 展开更多

关键词 盾构隧道 纵向刚度 残余顶推力 管片接头 纵向挠曲

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盾构施工控制对刀盘扭矩及地表沉降影响试验研究 被引量：9

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作者 黄大维 石海斌 +3 位作者 徐长节 罗文俊 熊昊 李雪 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期154-160,共7页

盾构施工控制合理与否直接关系到开挖面稳定及施工安全,施工控制不当将影响盾构机的工作状态,进而加大对周围环境扰动。通过自主研发的缩尺模型盾构机开展试验研究,分析盾构渣土输出对刀盘扭矩及地表沉降的影响,结果表明:盾构施工过程... 盾构施工控制合理与否直接关系到开挖面稳定及施工安全,施工控制不当将影响盾构机的工作状态,进而加大对周围环境扰动。通过自主研发的缩尺模型盾构机开展试验研究,分析盾构渣土输出对刀盘扭矩及地表沉降的影响,结果表明:盾构施工过程中的出土率直接影响土舱内的饱满度,进而影响刀具与开挖面相互作用的占比,当出土率小于1时,出土率越大,刀盘与开挖面的摩阻系数越大,刀盘扭矩也越大;刀盘开口率越大,刀盘与开挖面的相互作用面积越小,因此刀盘扭矩越小;当出土率小于1时,出土率对地表沉降影响较小;当出土率大于1时,出土率增大导致地表沉降增加显著;由于刀盘开挖直径大于盾壳外径,由此将导致一定的地表沉降。基于盾构渣土输出控制的重要性,最后提出对盾构渣输出质量进行实时监测的建议;在松散软弱地层中施工时,建议盾构机刀盘不必大于盾壳外径。 展开更多

关键词 盾构隧道 盾构施工 刀盘扭矩 地表沉降 土舱

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考虑横向与纵向刚度相似的模型盾构隧道设计方法 被引量：8

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作者 黄大维 徐长节 +3 位作者 罗文俊 姜浩 胡光静 詹涛 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2299-2307,共9页

由于盾构隧道的横向刚度有效率与纵向刚度有效率不一致,在模型试验中难以设计出横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道。根据模型试验相似设计理论,提出了一种横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道设计方法,... 由于盾构隧道的横向刚度有效率与纵向刚度有效率不一致,在模型试验中难以设计出横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道。根据模型试验相似设计理论,提出了一种横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道设计方法,即模型盾构隧道管片环采用修正匀质圆环模型,以横向刚度满足相似要求进行设计,提出了模型盾构隧道管片环设计计算方法,并采用对压法对模型盾构隧道管片环的横向刚度进行了测定;管片环之间采用垫有弹簧的螺栓连接,提出了相应的模型盾构隧道纵向刚度计算方法,并通过简支梁法对模型盾构隧道的纵向刚度进行了测定,对模型盾构隧道纵向刚度计算方法进行了验证。最后根据模型盾构隧道与原型盾构隧道纵向抗弯刚度相似关系,得到了垫在模型盾构隧道环缝连接螺栓上的弹簧刚度计算方法。 展开更多

关键词 盾构隧道 横向刚度 纵向刚度 模型试验 刚度有效率

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