大直径盾构隧道下穿高层建筑风险分析及沉降变形研究

大直径盾构隧道下穿高层建筑物是城市市政工程中经常遇到的施工状况,在盾构掘进过程中隧道周边土层会发生一定的变形,从而威胁到建筑物的结构安全稳定,对此类工程施工过程进行风险分析和结构变形计算是十分必要的。以此类工程施工为研究背景,采用数值模拟和原位监测的手段,发现大直径盾构掘进过程和掘进后对高层建筑沉降影响较大,并且盾构下穿过程对地下室底板和独立式桩基变形也有显著影响;采用洞内同步注浆有利于减少建筑物沉降。大直径盾构隧道下穿过程中应明确施工风险,严格控制掘进参数,制定有效沉降控制措施是降低施工风险的有效手段。     

地铁盾构下穿桥梁桩基安全性分析

随着城市建设以及轨道交通建设的飞速发展,地铁盾构将不可避免的下穿现有的各种构造物,如何确保构造物的安全是不容忽视的问题。文中以某地铁盾构区间下穿现有高速公路桩基工程为依托,采用有限差分数值分析软件FLAC3D建立三维模型,通过模拟高速公路桥梁桩基托换与地铁盾构隧道开挖的全过程,分析了桥梁桩基的受力与变形、盾构隧道掘进过程中的管片受力与变形等,进而进行安全性分析,并对施工方案提出优化建议,为其他类似工程提供参考。     

盾构隧道下穿既有普铁路基施工影响数值模拟分析

确保盾构区间隧道在下穿施工过程中能够有效地保护既有结构物的安全,是目前地铁隧道下穿施工亟待解决的主要问题之一。以实际工程项目为基础,通过有限元软件GTS-NX构建三维实体模型,基于实际施工情况前提下,将盾构隧道下穿既有普铁路基作为分析对象,通过数值模拟分析法分析其变形规律,并对施工过程中路基的沉降规律进行观察。为后续施工期间采取科学合理的安全措施提供指导,同时也为类似的相关工程开展提供参考。     

大曲率盾构隧道施工对邻近建筑物的影响研究

太原地铁1号线与2号线联络段盾构区间内为小半径曲线隧道,隧道附近有重要建筑物,须对土层扰动进行严格控制。为保障建筑物的安全,在关键地区布置监测点对地表和建筑物进行监测,得出盾构掘进对周边地层变形的影响。采用FLAC3D软件对隧道盾构区间风险点进行数值模拟分析,将现场收集到的数据与模拟计算所得数据进行对比分析,分析土层在盾构掘进过程中的起伏变化规律,并确定风险易发阶段,为类似工程提供参考,以保证盾构过程中周边地区的安全与稳定。     

盾构参数对复合地层损失率和地表沉降的影响

为研究土压平衡式盾构机穿越复合地层过程中,不同盾构掘进参数对地表沉降值和地层损失率的影响,依托湖南商学院站至白鸽咀站区间盾构工程已有的施工沉降监测数据,利用Peck公式反推得到盾构施工在此类地层条件下的地层损失率,并通过三维有限元数值模拟分析了盾构各参数对地表沉降值和地层损失率的影响程度.研究结果表明:在掘进推力增大时...     

地铁车站基坑施工对紧邻既有轻轨高架桥安全影响分析

以某地铁车站为背景,对紧临既有轻轨高架桥的地铁车站基坑施工过程安全状况进行分析。首先研究本工程中的轻轨高架线路变形控制标准,然后通过数值模拟方法,分析基坑开挖施工对快轨桥跨结构安全性的影响,对基坑开挖引起轻轨高架桥梁结构变形进行模拟计算,得出按设计要求进行基坑开挖对轻轨高架桥梁结构影响较小,并给出监测建议和保护措施,为类似工程提供借鉴。     

软土中大直径盾构穿越市政管道防护措施研究

大直径盾构近距离穿越市政主干管,无论是在施工阶段还是在运营使用阶段,都有很大的安全风险。为确保安全,在盾构穿越市政管道过程中,应控制盾构掘进参数、控制盾构姿态、加强管片背后注浆,优化浆液配比和初凝时间,以减少地层损失;对距离盾构隧道比较近的大管径,在管道与盾构隧道交叉节点处,可采用将模筑钢筋混凝土箱涵替代预制承插圆管、并对管道与隧道之间的土体进行加固改良的防护措施,以减小相互影响。以京津城际延伸线解放路隧道为依托工程,就大直径泥水平衡盾构穿越拟建市政管道的防护措施进行分析研究,以减小相互影响,确保施工安全和正常运营,为后续类似工程提供借鉴和参考。     

地铁隧道盾构施工对既有博物馆桩基影响的数值分析

确保临近既有建筑物安全是新建隧道施工的关键问题之一.针对广州地铁十八号线琶洲西区站—冼村站区间双线盾构隧道下穿既有博物馆建筑的情况,基于合理假定条件,采用数值分析方法模拟计算了新建隧道施工过程中盾构掘进对邻近建筑物桩基的影响.数值分析结果表明:随着盾构掘进,桩顶竖向位移的变化表现为先缓后急再缓,当桩基正下方的管片进行拼...     

一种新型EPB渣土改良相似模型试验系统及功能验证

基于对国内外EPB渣土改良的研究现状以及室内试验方法的总结与分析,指出不同试验方法的局限性;研发了一种新型渣土改良相似模型试验系统——EPB渣土改良试验系统。系统集合了泡沫发生、盾构掘进、螺旋输送机输出等功能,可实现地层重塑、盾构掘进过程模拟、切土及土仓渣土搅拌;可将泡沫改良剂按设计配比加入土仓并搅拌,判断改良土体对掘进参数的影响;可模拟敞开式、半土压平衡式、土压平衡式、过压掘进模式等4种状态EPB盾构掘进;可模拟螺旋输送机出土过程及土塞效应实现过程。通过"盾构掘进模拟"和"渣土改良试验"等功能试验,验证了该试验系统各功能的准确性和可靠性。系统为研究EPB渣土改良优化配比及效果评价提供了新手段,可为大直径土压平衡盾构施工、特殊地层下盾构控制技术等条件下渣土改良提供可靠的施工参数,指导施工。     

盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制

为研究盾构下穿既有盾构隧道时施工参数的合理取值,以北京南水北调东干渠工程盾构隧道穿越既有地铁盾构隧道施工为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟和现场监测数据、盾构施工参数的分析,讨论了既有左右线隧道沉降存在差异的原因,总结了控制沉降的施工参数经验,阐述了既有隧道受穿越施工扰动的沉降规律,提出并验证了盾构隧道病害整治的方法.研究结果表明:受盾构施工参数的影响,既有左线隧道沉降23.9 mm,而右线仅沉降4.8 mm,沉降差异明显,但规律基本一致;盾构施工时,土仓压力调整级差不宜大于0.005 MPa,严格控制同步注浆压力在0.50 MPa,二次补浆压力在0.20~0.35 MPa,曲线段适当减缓掘进速度;已投入运营的地铁维修作业时间短,宜通过化学注浆治理管片接缝和螺栓孔处的渗漏水,压力注胶充填树脂治理道床裂缝.      

地铁盾构隧道下穿既有构筑物沉降分析及对策

以国内某盾构隧道下穿既有构筑物为工程依托,运用有限元分析软件Plaxis模拟盾构隧道开挖的全过程．对施工所引起的沉降进行数值模拟分析。研究结果表明：隧道下穿住宅楼时,桩基础会产生较大的不均匀沉降;隧道下穿锅炉房时,左右线开挖后引起的基础沉降都超出了可控范围;隧道在先后下穿住宅楼和锅炉房的施工过程中都存在较大风险。通过研究提出了盾构施工期间技术措施,有效地控制构筑物沉降,以达到相关安全性要求。     

浅埋小净距后行盾构掘进控制和变形分析

为研究小净距段后行盾构掘进引起先行隧道变形的规律,验证预先施做隔离桩对控制变形的实际效果,以某国红线轻轨盾构通过Herzl街浅埋小净距为例,详细阐述后行盾构掘进控制措施。通过对监测数据和掘进参数分析对比,得出:①小净距后行盾构掘进导致先行隧道产生不均一的水平方向位移,靠近后行隧道一侧位移远大于远离后行隧道一侧;②先行隧道位移过程中依次经历缓慢变形,急剧突变,峰值持续,明显回缩和趋势稳定5个阶段;③隧道间施做隔离桩可减小后行盾构掘进对先行隧道的影响,表现为减缓位移趋势和降低位移峰值;④后行盾构掘进合理参数选择对控制先行隧道位移至关重要。     

Back-analysis of the response of shield tunneling by 3D finite element method

This paper presents a numerical back-analysis of the response of a shield tunnel during construction. An important issue in the construction of shallow tunnels, especially in soft ground conditions, is the surface settlement caused by shield tunneling. The tunnel test system with 10 m length, 7 m width and 6.7 m height, which was completed in China in 2009, is a research shield tunnel system. Using shield tunneling technique known as earth pressure balance (EPB) and slurry shield method, it could be excavated in a region consisting of original soft soils, such as silty clay, and different types of underlain soft soils. Based on the test results, the real-life tunnel response can be analyzed by back-analysis technique. The back-analysis technique is adapted to the three-dimensional finite element method (FEM). Parameter analyses are calibrated to study the behavior of the multi-scale diameter tunnel under various conditions. The suggested multi-scale model results show a well agreement between the prediction and the measurement.     

盾构施工穿越PBA工法车站站台层的数值模拟研究

以北京地铁马连洼车站为工程背景,采用ANSYS软件模拟盾构穿越PBA工法车站的施工过程,通过数值计算结果分析,研究盾构施工隧道穿越PBA车站时地表沉降、车站结构应力变化规律,可得下列结论：盾构在扣拱后的导洞下部掘进时对地表的沉降影响很小;盾构隧道掘进对上部导洞初支结构内力影响非常小;站厅层施工对盾构施工隧道影响较小,后续施工对管片轴力的影响要大于对管片弯矩的影响.计算结果表明：在条件受限时,采用先隧后站的施工方法既可以缩短工期,同时也能保证结构的安全.     

复合地层下泥水盾构管片上浮规律及影响因素分析

针对在盾构隧道施工中经常出现的管片上浮问题,以南昌轨道交通4号线泥水盾构过江隧道为工程依托,通过数理统计方法对泥水盾构穿越不同地层时管片上浮量进行归纳分析,探讨地层参数以及盾构掘进参数对管片上浮的影响规律。研究结果表明:在全断面砂层中掘进,管片上浮量小且上浮值变化稳定;而当进入上软下硬地层和泥质粉砂岩层,管片上浮量急剧变化,尤其是在过江段中风化泥质粉砂岩中掘进,管片上浮量最大。考虑盾构掘进参数单因素影响,随着注浆压力、泥水压力和盾构推力的增大,管片上浮量均会出现增大,而掘进速度的变化对施工期间管片上浮影响较小。在掘进过程中需要结合地层特性对管片上浮影响并且对主要掘进参数进行实时调整,在一定程度上可以实现对管片上浮的有效控制。     

盾构隧道施工对富水软弱地层的扰动分析

为研究盾构隧道施工对富水软弱底层的扰动影响,以大连地铁某标段盾构隧道施工为例,首先基于修正剑桥模型建立土体本构关系,利用Shell结构单元模拟盾构初衬;然后采用流固耦合方法研究土体固结过程对盾构开挖引起软弱地层扰动问题;最后根据仿真结果与现场实测数据,绘制地表沉降对比分析曲线,给出盾构施工引起地表沉降的动态变化趋势.结果表明：孔隙水在盾构开挖完成后仍持续向隧道方向渗透,并引起距隧道较近区域的扰动趋势大于周围较远区域.本研究对提高富水软弱地层条件下盾构施工过程建模的准确性和实效性、指导盾构施工具有指导作用.     

土压平衡盾构双线隧道施工引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到了广泛的应用，由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题。以广州地铁三号线某盾构区间的两条水平平行隧道为研究对象，运用三维有限差分法对盾构隧道施工引起的地层移动和地表沉降进行了较为系统的研究，得出了两条盾构隧道开挖面距离、注浆压力的大小对地表沉降的影响规律，取得了一些新的认识和具有实用价值的研究成果。     

基于数值分析的大跨隧道不同工序下地层特性研究

利用有限差分软件FLAG3D,建立了浅埋大跨地铁隧道开挖模型.通过分析浅埋大跨隧道分别采用台阶法和双侧壁导坑法不同施工工序下的地层应力位移特性,得出了针对浅埋大跨隧道开挖,采用双侧壁导坑法优于台阶法,并说明了双侧壁导坑法能有效控制变形的理论依据.将数值模拟与现场测试试验结果对比,提出了优化的施工方案,对大跨浅埋隧道类似工程施工具有一定的指导借鉴作用.     

浅埋盾构穿越渗透性地层时极限支护压力分析

基于半承压水模型综合考虑土压盾构穿越渗透性地层时覆土层及下卧层的渗透性,推导了盾构穿越层中沿掘进方向的水头分布的解析解,将其与现有的二维渗流场的解析解结合扩展为相应的三维近似解. 同时采用数值仿真得到稳态渗流条件下浅埋渗透性地层的主、被动破坏模式,建立了相应的柱体+弧形转角体模型,将前述三维渗流场引入该模型,通过力矩平衡法得到了相应两种极限状态下开挖面支护压力的计算公式,与既有结果进行对比,此计算方法更接近数值解. 研究发现:施工对开挖面前方渗流场的扰动基本局限在3倍洞径以内,主、被动极限支护压力的值随水头差的增大均线性增加,盾构直径和水头差是影响主动极限支护压力的主要因素,拱顶埋深与盾构直径是影响被动极限支护压力的主要因素,实际施工过程中,支护压力值应尽可能接近水土分算下的土体原始地层侧压力值,并在其附近（最好在其上方）小幅度波动,波动范围应以变形控制标准为依据.