文摘

这项工作的目的是研究的最小支持力量砂砾地层的盾构开挖面。从勘探获得地质条件的基础上的18行成都轨道交通和盾构开挖参数从挖掘,获得颗粒流民主党PFC3D和FLAC3D软件被用作工具;数字三轴压缩试验进行校准的介观参数土壤;数字挖掘模型建立深埋与浅埋沙子和砾石地层盾构隧道;表面沉降和最小支持力量下得到了不同深度和不同的支持力量。开挖面稳定的条件下分析了10 kPa∼60 kPa的支持力量;开挖面逐渐趋于稳定,减少地表沉陷与增加的支持力量。当支持力量大于或等于3 kPa,开挖面稳定,表面沉降速度随时间逐渐减少到零。在分析开挖面稳定的5米,十米,15米深埋砾石隧道和表面的支持力量的影响结算,最低支持力量,没有考虑表面沉降和减少所需的最低支持力量控制地表沉降增加隧道深度降低。使用这种方法,隧道开挖砂砾路面的深度和开挖的支持可以获得满足地表沉陷控制的要求及可以提高项目的经济效益。

1。介绍

为了缓解交通压力在中国,大型和中型城市地铁建设取得了前所未有的发展,盾构施工方法已得到广泛应用。与其他施工方法一样,由于地质条件和施工过程的局限性,很难避免干扰的盾构推进引起的周边环境,甚至会导致过度的地面沉降。这种环境的破坏主要取决于盾构开挖面稳定的,如日本Yamashitamachi隧道,北京地铁10号线,广州轨道交通4号线,成都轨道交通1号线。开挖表面的不稳定会导致地面沉降和其他事故,所以开挖面稳定的保护建设是一个重要的问题。

自19世纪末以来,为了防止隧道开挖表面的不稳定为出发点,开挖面的稳定性分析是核心和最小支持力量决定的主要点。Leca et al。1- - - - - -3)从理论上研究了有关解决方案的最终支持力量开挖表面。周et al。4- - - - - -6)测试失效模式盾构开挖面稳定和不稳定。Bu et al。7- - - - - -11使用数值模拟方法来模拟和恢复。开挖面不稳定的预测。

相比与实验和理论分析,数值模拟方法具有成本效益,在复杂的地质环境和使用复杂的工作环境,同时观察开挖表面和表面变形,和简单的分析11- - - - - -16]。因此,基于成都地铁18日线的Huojin盾部分颗粒流离散单元的软件FLAC3D6.0加上有限差分FLAC3D软件单元,基于位移和应力转移(16- - - - - -20.)和不连续的沙子和砾石层。开挖的稳定性脸上的研究揭示了不稳定模式下,地表沉陷规律,和最小支持崩溃的压力和失败的盾构开挖面和比较它与现场监测数据来验证挖掘面临的崩溃(稳定的普遍规律影响的研究)。

2。材料和方法

2.1。项目概述

隧道的地质条件从南站到金城广场站成都轨道交通第18行图所示1。隧道覆盖着人工填满,粘土、砂卵石,K2g泥岩。地下水较发达,主要基于砂砾石孔隙水。隧道紧邻成都南站的公交枢纽。隧道在天府大道。有大量的建筑在隧道的左右。下面有几个隧道隧道部分。隧道通过网站和地下管道非常密集。

盾构隧道开始于2017年5月30日,结束于11月17日,2017年,平均隧道大约50毫米/秒的速度。2017年6月5日,隧道的盾构隧道入口约15米,山顶的日均总推力峰值(650 t), 7号和总推力达到顶峰。截至2017年6月9日,−42.59毫米的表面沉降发生在大约15米的隧道入口(图2)。

后的沉降变化监测10 - 550的里程,钢管桩等强化措施保护和混凝土桩的保护,和次生灾害,如有效控制地表沉降。本文选择左边线ZDK10 + 550∼ZDK10 + 580段30米范围内;部分主要穿过砂砾石层;地下水位线距地面约6.5米;埋深约9.5米;和测量土壤筒仓压力∼23 kPa。主要的焦点是30 kPa,波动很大。以下的不稳定和沉降分析开挖面由数值模拟得到的支持力量的影响在开挖的稳定性的脸上。

2.2。模型参数校准

粒子在PFC被用来模拟不同土壤层次。砂砾石层和隧道开挖泥岩是目标层。通过三轴压缩试验的仿真,微机械参数K_n,K_年代摩擦系数、孔隙度、接触模量和粒子的不断调试,直到宏观物理力学指标获得的模拟。γ,c等接近室内测试结果(21- - - - - -24]。

加载三轴数值模型和过程模型,指的是简et al。25,26)通过使用三轴试验仪,疏松的数值三轴不排水试验进行的国家重点实验室(成都理工学院和地震25,26]。我们比较三轴压缩试验的应力-应变数据导致的自然含有状态中密度简获得的砂砾石等人与我们得到的数值试验结果。试样的高度600毫米,直径为300毫米。土壤颗粒使用球直径40毫米单位。侧压力是由壳单元和壳单元外的墙结构单元。壳单元是10毫米厚,壳弹性模量与颗粒接触弹性模量是一致的。三组的测试进行了周围的墙上通过应用围压100,200,和300 kPa,上下两边受到偏应力和压缩速度0.03毫米/秒。

在测试获得的应力-应变曲线有没有明显的峰值在不同围压下,和应变硬化现象似乎在某种程度上27]。试验结束后,样品的中间部分凸起(图3 (c))。粒子位移(图的矢量图3(一个))显示粒子位移场的变化,剪切趋势和剪切面可以看到样品。粒子接触云映像,黑色的联系表明,平行保税部分不激活,白色一个表示平行键激活(图3 (b))。大多数土壤颗粒接触良好。墙的位移曲线表明,该上、下压缩板块压缩到66.022毫米。房地产单位云图显示了应用程序的围压3 MPa。

不同粒子的介观的数值三轴试验参数进行了封闭压力下100 kPa, 200 kPa, 300 kPa。数据4- - - - - -9的三轴应力-应变曲线不同粒子的力学参数的围压下100 kPa。可以看出sandcobble三轴试验的最大偏应力与颗粒摩擦系数呈正相关,粒子接触模量,和正常的刚度。最大的偏应力与孔隙度负相关。根据不同粒子半径的应力-应变曲线在图10,发现粒子半径对砂砾石的力学性能几乎没有影响,并提供实验支持调整模型中的粒子半径。

上述校准后的六个粒子介观参数、三轴试验结果(图10),接近正常的测试结果得到;也就是说,完成校准。

三轴仿真试验结合室内三轴试验(图10砂砾石)校准细观参数(表1),为隧道的数值模拟奠定了基础表面稳定性分析。

2.3。计算模型

由于nonexcavation目标层粉质粘土和混合填充层,隧道开挖的影响主要是由于负载;底层的结合形成的复合层泥岩是不考虑。简化模型和取代杂填满,粉质粘土、中风化泥岩层不同密度砂和砾石层达到突出研究的目的。

根据里程10 - 537 10 - 600,建立了隧道的砂砾石形成模型。模型长度是60米,宽度是6 * 48米的隧道直径,模型高47米,上覆土层15米,隧道的内径是7.5米,外直径是8.3米。土壤是发掘和地区铺设预设,预设和开挖深度,15米。当整个模型大小超过30倍的平均粒径粒子尺寸效应可以忽略(28),结合美学和电脑操作速度;粒子大小是400毫米(图11)。

由于主要研究开挖面稳定,土拱效应,和造成的地表沉陷的不稳定开挖面,从地质调查获得岩土参数和三轴测试是用来获取岩土参数结合前面的开挖参数和监控数据。不同的支持力量导致不同的开挖面稳定性和表面。

2.4。模拟方法

“这个仿真方案的设计思想分为两个部分。一个是直接应用开挖后30 kPa支持开挖面压力模拟筒仓压力(图12(一个));另一种是修复衬和开挖的位移面临等待土壤。平衡后,重修的脸保持力是30 kPa(图12 (b))。开挖面基本稳定后,在图上拱位置12(一个)主要出现在衬里(删除空白位置粒子出现),和上拱土壤图的位置12 (b)出现在开挖前的表面,更符合实际情况。因此,选择excavation-fixation-support仿真方案。

监控关键是安排在土壤垂直开挖的脸和0.5米的距离中心的开挖的脸。关键是垂直向上的在地上,不断把(图3的监视点13)。

3所示。仿真计算结果和分析

3.1。土壤不稳定模式在盾构开挖面前

图14显示了开挖面变形随时间而不支持。从图可以看出,对于任何的位置开挖的脸,隧道的初始不稳定发生在土壤在开挖面前。与运行步骤的数目的增加,土壤迅速减小,位移增加,不稳定区域扩大,并逐渐发展成一个烟囱形状;随着运行步骤数量的进一步增加,不稳定持续发展成一个楔形最后不稳定区域渗透到表面形成大范围的沉陷,甚至崩溃。

3.2。开挖土壤表面和表面下的位移响应不同的支持力量

excavation-fixation阶段平衡后,为了观察开挖的连续变形的脸,一个壳单元是开挖面和单位提供的模量设置为1e5 Pa。如图15,当模量太小(1e4 Pa),住房单元是畸形的大大和不连续地。当模量太大(1e6 Pa),住宅单元的变形很小,方便观察。

二分法的支持力量和立场的支持力量,可以平衡开挖面临20 - 40 kPa使用范围。20 kPa的支持力量,30 kPa, 40个kPa应用于开挖面观察表面变形随时间的发展(图16)。如图16作为支持力量,外壳施加压力,增加,开挖的位移的脸和周围的土壤减少。

所示图的地表沉陷监测曲线17的作用下20 kPa开挖面支持,土壤位移曲线不收敛,也就是说,开挖面不稳定;的作用下30 kPa和40个kPa的支持力量,地表沉降曲线收敛和最大沉降减少支持力量的增加。下面具体分析位移的砂砾石是30岁以下的kPa的支持力量。

如图1830 kPa的支持下,土壤在开挖面前首先增加约4毫米,然后定居到60毫米,这往往是稳定的。土壤在开挖前脸和土壤表面的沉降速度。时间逐渐减少。

如图19,表面的最大沉降约5毫米,满足工程安全要求,并对周围结构的影响不大。因此,30 kPa的适当的支持力量是“15 m埋深,15 m片段,8米直径”隧道。

3.3。稳定性分析盾构开挖面在不同的深度

如图20.不同埋深下,开挖面不稳定和维护一个类似的失败最后提出了楔形形状不稳定区域。随着埋藏深度减少,不稳定区域的程度减少,穿透表面和表面变大(图进行结算21)。由于土拱效应,当埋深大,土壤破坏不穿透表面,这表明有一定范围的不稳定和损伤,和开挖表面不会完全不稳定。

当埋深不同,不同的支持力量应用于基坑的开挖面观察不稳定的脸,和数据如土壤表面位移和位移监控。开挖面稳定性分析的不同支持下部队在前一节中,可以看出,在其他条件下,地表沉降随的增加而减小的支持力量开挖的脸。的支持力量是收敛的地表沉降曲线(地表沉降速率是0)是将此称为理想的最小支持力量。如数据所示22和23随着埋深变浅,理想的最小支持力量变得越来越小,但表面沉降变大。

地表沉降的控制是关键,确保盾构施工的安全。一般来说,解决5毫米作为控制标准。在沉降控制的要求,1的支持力量e4 - 8e4应用于隧道开挖的面孔不同深度获取最低的支持力量。它可以获得从上面的曲线(图24)5米埋隧道是40岁以下kPa支持力量。表面的最大沉降超过5毫米,不满足工程安全要求。在50 kPa的支持力量,最大限度的解决地面大约是3.1毫米,这符合安全要求。

它可以获得从上面的曲线(图25)5米埋隧道是30岁以下的kPa支持力量。表面的最大沉降超过5毫米,不满足工程安全要求。40 kPa的支持力量,下的最大沉降地面大约是4.2毫米,这符合安全要求。

最低支持力在不同深度拟合获得的上述三种不同的力曲线(数据支持17和24- - - - - -26),它可以从数据中获得23和26,随着隧道深度变得更深。最低支持力量,不控制地表沉降越来越大,和所需的最小支持力量来控制地表沉降也变得更大。

分析后,砂砾石隧道的支持力量随深度的增加,这是符合“筒仓理论”。深嵌入后的砾石隧道开挖表面的位移,土拱效应出现在上面的土开挖表面形成土拱,使地表沉降少。一砾石隧道与浅深度可用于稳定开挖面小开挖面支持,但它会产生一个大的表面沉降。如果解决浅埋隧道砾石,控制开挖面应用支持力量将大于相同条件下深埋地下的砂砾石隧道。在砂砾石层区域地面沉降值大,选择了浅埋隧道开挖较低的支持力量,这可以节省成本和提高效率。在砂砾层区域地面沉降控制很严格,隧道的埋深15米以上可以用来获得一个相对较低的最低支持力量,这也可以提高经济效益。

4所示。结果与讨论

(1)数值三轴压缩试验校准的介观参数成都砂砾石层和砂砾石展览应变硬化的特性。(2)盾的挖掘分析excavation-fixation-support模拟,和壳的弹性模量1e5是支持。变形的开挖面壳是连续的支持,和土壤变形很容易观察。“chimney-like”楔体的形成过程下的开挖面不受支持的力量。(3)建立数值模型的基础上,通过工程实例,开挖面稳定的条件下10 kPa-60 kPa支持力量分析,和地表沉降随的增加而减小的支持力量。(4)开挖面稳定的5米,十米,15米深埋砾石隧道和支持力量的影响地表沉降进行了分析。获得,随着隧道深度降低,最低支持力量,不考虑减少地表沉降和最小支持力量,需要控制地表沉降增加。可以使用上面的方法,结合地表沉陷控制的要求,选择安全、经济的砂砾石隧道埋深和支持力量。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由四川科技项目(2019号yj0349)。