双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

地铁盾构隧道施工引起地表沉降机制及数值分析

针对黄土地层中盾构施工引起地表沉降问题,通过理论分析和数值模拟方法,探讨了盾构隧道地表沉降机制,分析了盾构隧道地表沉降预测解析方法,研究了等代层模量与土舱压力对地表沉降槽宽度和最大沉降量的影响。研究表明:盾构隧道施工工艺中,土舱压力和等代层是主要影响地表沉降的因素,然而,盾构施工地表沉降预测方法中未考虑这两个因素的影响。土舱压力与等代层模量对地表最大沉降量影响较大,对地表沉降槽宽度和范围影响较小。在实际盾构隧道开挖施工过程中土舱压力应在0.8~1.2倍静止土压力之间,对地表最大沉降影响较小。研究成果对完善盾构施工地表沉降预测方法和施工工艺具有一定的理论价值。     

软土地层双圆盾构掘进对周围土体扰动分析

双圆盾构具有断面形式特殊、开挖面积相对较大的特点,其推进将引起较大的地层扰动,而过大的土体扰动往往引发一系列环境病害。依托上海某双圆地铁隧道区间工程,构建三维弹塑性有限差分模型,计算分析双圆盾构掘进引起的地表位移场以及土体应力场分布,并将数值模型计算结果和现场监测数据进行对比验证。研究表明:双圆盾构施工引起的地表变形横向分布基本符合正态分布,影响区域主要集中在轴线两侧2倍盾构宽度范围内;切口到达时地表隆起,盾尾离开后,后方土体产生沉降,脱离20环左右地表纵向沉降逐渐趋于稳定;盾构掘进对下部土体的影响相对较小,盾构底部土压力增加最小,盾构中轴线上方土压力增量最大。研究成果可为今后此类施工提供理论依据和前期指导。     

软土地区盾构下穿施工对铁路路基影响分析——以杭州地铁2号线某区间现场监测为例

盾构隧道下穿施工,将对既有铁路路基产生一系列不利的影响。当盾构引起的路基位移超过承载能力,将导致铁路轨道产生过大的弯曲及扭曲变形,从而影响列车运行的平顺性和安全性。结合杭州地铁2号线某区间隧道下穿既有铁路路基工程现场监测数据,分析在盾构下穿施工过程中列车轨道、路基坡脚及路肩的位移变化规律。实测结果发现： 1）监测点沉降变化与盾构的相对位置密切相关,可划分为盾构到达前、盾构穿越及盾构通过3个阶段; 2）盾构到达前,当盾构土压力大于静止侧向土压力将引起地表隆起,反之,则产生地表沉降; 3）盾构穿越过程中将导致地表隆起位移; 4）盾构通过后,地表沉降持续发展。由于碎石路基具有一定的调节作用,使路肩隆起值小于坡脚。铁路轨道隆起整体小于同一平面路肩,是因为具有一定抗弯刚度的轨道对土体位移有一定的抵抗能力。     

软土地质条件下盾构穿越高速铁路对路基工后沉降的影响

依托南京地铁4号线一期工程徐金区间隧道下穿京沪高铁联络线及仙宁铁路项目,运用理论分析与现场变形观测相结合的方法,分析铁路路基在盾构隧道施工期及工后期的沉降规律.研究表明:Peck沉降理论计算的地表沉降极大值发生在两个隧道中心对应的地表处,随地层损失率的增加而增加,具对称性;与一般黏性土或者砂性土不同,软土地质条件下盾构...     

富水砂层土压平衡盾构小半径曲线始发掘进参数控制研究

盾构始发是盾构施工的关键环节，也是盾构施工时的高风险环节。为给南昌地区富水砂层条件下盾构曲线始发施工提供掘进参数设置样本，以南昌市轨道交通3号线绳金塔站—六眼井站盾构始发工程为背景，对富水砂层盾构小半径曲线始发段主要掘进参数进行统计分析，确定相关参数的优势区间，并基于盾体姿态控制参数和地表沉降进行掘进参数控制效果评价。结果表明： 1）盾构水平方向2组油缸推力在曲线段和直线段变化差异明显，线路平曲线半径越小，差值越大，在左右线曲线段和直线段水平方向2组油缸推力分别相差872%和758%； 2）线路平曲线半径越小，所需的总推力和刀盘转矩越大，而掘进速度略有降低，左右线总推力均值为1 3976 t和1 6717 t，刀盘转矩均值为3 1011 kN·m和3 7239 kN·m，掘进速度均值为388 mm/min和351 mm/min； 3）由于始发段掘进断面地层相对均一，土舱压力基本随隧道埋深呈线性增加，而由于右线曲线半径更小，因此右线土舱压力离散程度相对较高； 4）左右线盾尾注浆量差异不大，优势区间均为3~6 m3，均值约为4 m3； 5）左右线曲线始发段水平方向盾体姿态超限率分别为2%和4%，地表累积沉降最大值仅为625 mm，表明本工程小半径曲线始发段掘进参数控制效果较好，掘进参数对地层条件和线路线型具有良好的适应性。     

软土地层中盾构施工参数对地表沉降的影响研究

为了解决软土地层中盾构隧道施工参数对地表沉降的影响问题,通过对杭州某地铁区间盾构施工进行监测,分析软土地层地表沉降的一般规律,结合该区间盾构隧道施工,采用ABAQUS有限元软件分析了注浆压力、浆液弹性模量、土舱压力等因素对地表沉降的影响。研究表明:土舱压力对地表沉降影响最大,注浆压力次之,浆液弹性模量的影响最小。地表沉降由土体塌陷沉降和土体固结沉降2部分组成,在盾构试掘进阶段对施工参数进行调整和优化,能较好地控制地表沉降。     

长株潭城际铁路浅埋高黏性上软下硬不良地层土压平衡盾构施工技术研究

针对土压平衡盾构在高黏性与上软下硬地层中掘进施工容易出现的问题,依托长株潭城际铁路湘江隧道工程,对土压平衡盾构在浅埋高黏性上软下硬地层掘进施工技术进行研究探讨,通过改进盾构泡沫系统、改良盾构刀具配置、优化渣土改良等技术措施,较好地控制了地表沉降,确保盾构安全顺利掘进,通过了浅埋高黏性上软下硬地层。     

接收端主体结构板施作时机对盾构接收施工影响分析

为探究车站接收端主体结构不同施作时机条件下盾构接收对地表沉降、围护桩及结构端墙侧墙变形的影响规律，依托西安地铁14号线某区间盾构接收施工工程，采用有限元数值模拟方法对车站盾构接收端主体结构不同施作时机条件下（底板施作完成后、中板施作完成后、顶板施作完成后）盾构接收时的地表沉降及桩体变形进行对比分析;在此基础上进一步研究不同位置钢支撑轴力变化对盾构接收时位移变形的影响，并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）车站接收端主体结构中板施工完成后盾构接收对周边地表沉降及围护桩变形影响最小，此时地表最大沉降位于端头洞口上方，桩体竖向呈沉降趋势且水平向临空面位移。2）围护结构第1、2道支撑轴力变化对盾构接收后地表沉降及围护桩变形影响较大，且随着支撑轴力的增大，地表沉降及围护桩横向变形明显减小。3）在确保支撑轴力满足安全限值的条件下可以适当增大支撑轴力，以控制盾构接收引起的地表沉降及桩体变形。     

杭州地区某盾构区间施工地表变形预测参数的分析与确定

以杭州地铁某盾构区间隧道施工为背景,分别对盾构隧道上浮和盾构隧道水平2种工况建立计算模型,并计算盾构掘进施工引起的地表沉降,在每种模拟工况计算中取不同的地层损失率对地表沉降进行计算。将不同工况、不同地层损失率的计算结果与实测数据进行对比分析,并利用Peck公式计算结果进一步确认,以确定不同工况下的地层损失率:盾构隧道上浮工况下地层损失率约为1.9%;盾构隧道水平工况下地层损失率约为1%。以期为杭州和其他地区盾构施工引起的地表沉降预测提供参考。     

南京地铁3号线浦珠路站满足大直径盾构整体始发结构托换技术研究

为满足南京地铁3号线浦珠路站大直径盾构整体始发的需要,对该站原分体始发结构进行调整。通过分析大直径盾构整体始发技术对地铁车站的影响,总结出地铁车站在大盾构整体始发条件下结构设计的处理方法及难点。根据车站工程地质,利用混凝土梁柱临时托换体系满足始发要求,并采用SAP2000有限元软件建立二维及三维模型进行模拟分析,提出转换始发的关键技术。得出采用临时结构托换技术解决大直径盾构整体始发技术是可行的,且临时结构托换体系对原结构尺寸未产生影响。通过分析验证了混凝土梁柱体系在在地铁车站结构受力体系临时转换时的适用性。     

盾构始发与接收时顶力的数值模拟研究——以北京地铁15号线某盾构直接切削玻璃纤维筋桩工程为例

盾构顶力是盾构始发和接收过程中的主要控制参数。以北京地铁15号线某6 m盾构直接切削玻璃纤维筋桩工程为背景,采用有限差分软件FLAC3D研究分析了盾构始发与接收时不同刀盘正面顶力作用下围护桩体受力以及地表变形规律。研究结果表明： 盾构始发中在切割玻璃纤维筋桩体时,若顶力大于10 000 kN,会引起地表隆起; 盾构接收中在切割玻璃纤维筋桩体围护结构时,由于桩的一侧为临空面,当盾构顶力大于8 000 kN时,会引起桩体发生向临空侧的倒塌破坏,存在一定的安全隐患。该研究对洞口处玻璃纤维筋桩体的设计和盾构安全施工具有较大的指导意义。     

白城隧道工程大断面马蹄形盾构始发与接收技术

为解决大断面马蹄形盾构始发与接收难点，以蒙华铁路白城隧道工程为依托，对大断面马蹄形盾构始发和接收施工关键技术进行总结。其关键技术包括： 1) 始发阶段采用加强明洞代替传统盾构反力架，可降低反力架的制作、拆除费用和减少始发负环管片用量，有效缩短主体施工时间，节约项目成本； 2）始发基座的底部均匀铺设豆砾石，可减少盾构进入原状土后始发导洞与管片背部间隙回填时间； 3）始发阶段创新地采用套拱钢架代替传统始发端墙结构，减少始发附属设施的工程量，缩短始发准备时间； 4）接收阶段基座与端墙相结合，降低盾构在软弱地层接收安全风险； 5）优化盾构始发和接收位置，使盾构施工和明洞主体作业面充分利用、互不干扰，实现较好的经济效益和安全效益。     

南京纬三路过江通道超大直径泥水盾构始发关键技术研究

南京纬三路过江通道工程始发段具有覆盖土层薄、左右线间距小、始发进洞坡度大、曲线始发、始发井空间小等特点。通过相关工程经验比选,采用水泥搅拌桩加固和冻结加固,由于始发段不能在始发架上转弯,因而采用割线始发技术;始发进洞时,洞门密封钢环的密封方式与安装精度决定了始发阶段的密封效果,本文介绍了一种新型的洞门密封方式;由于始发井设计长度方向空间不够,将钢负环设计为常规管片的分块方式,采用管片拼装机进行拼装;针对南京纬三路工程地质情况,系统地介绍了始发泥水建压技术。采用以上关键技术,纬三路过江通道工程始发阶段盾构实际掘进姿态与设计姿态保持在规范允许范围内,始发架牢固可靠,钢负环拼装定位精确,密封钢环密封效果良好。     

大连地铁2号线小半径曲线隧道盾构单井口始发技术研究

针对盾构在大连地铁2号线西安路站至交通大学站区间小半径曲线隧道单井口的复杂始发条件,从进度、成本、可行性等方面对盾构分体始发和整体始发方案进行比选,最终确定采用整体始发方案。通过自制皮带机和管片小车,从始发方向和盾构掘进姿态调整等方面进行控制,解决了整体始发阶段出渣、管片运输和盾构姿态控制的难题,实现了小半径曲线隧道上盾构单井口整体始发。     

盾构始发与到达设计与施工决策分析系统研制

为了控制盾构施工的风险和提高盾构设计与施工的决策效率,采用资料分析、理论计算和软件开发的方法,对盾构始发与到达施工决策相关基础与应用问题进行了全面研究。得到以下研究成果:1)提出盾构始发和到达的风险分类,并以此为基础,研究了不同加固方案下盾构始发与到达施工存在的风险问题;2)通过对端头地层稳定性的研究,提出端头地层稳定性分析与判别方法,构建始发与到达加固方案知识库;3)建立一个包含100个工程的案例数据库,为决策系统提供了数据库支撑;4)基于工程案例数据库,研制具有地层稳定性判别、加固方法选择、加固范围确定、反力架支撑验算、风险分析、施组设计标准化等功能的盾构始发与到达设计与施工决策辅助系统,有助于工程设计与施工方案的科学分析与决策。     

一种跨海地铁隧道盾构始发端头加固方法

海滨地区的地下水贮藏丰富,且常常同海水存在水力联系。为了降低跨海地铁隧道的盾构始发风险,以厦门地铁3号线跨海区间工程为例,遵循"先封闭降水,后土体加固"的技术思路,提出了一种素混凝土地下连续墙与高压旋喷桩相结合的盾构始发端头加固方法,并针对该加固方法给出了配套的施工降水及洞门防水设计方案。实践表明:该方法在海滨富水砂层可以有效阻断地下承压水,保障土体加固效果,降低盾构始发风险。此外,为防止素混凝土地下连续墙在盾构推力作用下发生脆性破裂,影响施工安全,利用FLAC3D数值模拟软件对不同盾构推力作用下的墙体应力状态进行分析,得出保证素混凝土地下连续墙完整性的盾构有效推力控制范围值。     

FFU在盾构施工中的应用

随着盾构施工技术的不断发展和完善,越来越多的地铁区间隧道采用了盾构法施工。对于盾构始发和到达端头地层通常要进行加固处理,并且需要事先机械或人工破除围护结构;但若采用其他材料代替盾构穿越范围围护结构,盾构机则可直接切削该种材料,且地层加固范围可大大缩小。结合广州地铁五号线大坦沙南-中山八站区间盾构始发井设计,探讨SEW工法以及FFU在盾构始发施工中的应用。     

泥水盾构深井下组装始发与到达施工技术

盾构组装始发与到达施工是整个盾构施工的重点环节之一,盾构始发与到达掘进必须保证盾构机顺利、安全、快速地通过预留洞门,并为下一步施工提供较好的施工条件。重庆主城排水过江隧道工程采用泥水盾构施工,结合现场施工过程中泥水盾构的始发与到达施工技术,对泥水盾构深井下组装始发与到达施工各工序进行介绍。     

大直径泥水盾构始发钢套筒的防扭施工技术——以孟加拉卡纳普里河水下隧道为例

为更好地控制超大直径泥水平衡盾构始发阶段的施工风险，依托“一带一路”孟中印缅经济走廊大型基础设施项目孟加拉卡纳普里河水下隧道，采用开挖直径12.16 m超大型气垫式泥水加压平衡盾构密闭始发钢套筒进行始发。为解决当地吊装资源和远洋航运的限制，钢套筒采用分片设计。盾构在套筒内破除洞门围护结构前，须严格控制盾构掘进转矩，避免盾体及钢套筒整体扭转。对钢套筒始发整体扭转进行分析，并运用有限元仿真技术分析始发施工中的盾构钢套筒抗扭性能。研究结果表明： 钢套筒可以满足始发前后所需的抵抗转矩，最大应力为16.6 MPa，最大位移为0.52 mm，最大水平位移为0.02 mm，最大竖向位移为0.51 mm，满足盾构始发钢套筒的受力和变形验算条件。基于仿真计算结果，制定对应的超大直径盾构始发钢套筒的抗扭措施。