地铁隧道盾构下穿既有隧道的数值模拟

随着城市轨道交通的快速发展，新建隧道施工临近既有已运营隧道的情况越来越多。以某工程中新建盾构隧道下穿既有已运营隧道为背景，运用大型有限元软件ABAQUS对盾构下穿施工过程进行了模拟，分析了既有隧道的应力和位移以及不同地层损失、不同覆土厚度和隧道间距对既有隧道的影响。结果表明:新建隧道盾构下穿施工使既有隧道的应力分布发生变化，并使既有隧道产生向着新建隧道的位移，最大位移发生在新建隧道下穿位置；地层损失、覆土厚度、隧道间距对既有隧道沉降的影响较大，在设计、施工过程中应引起足够的重视。     

地铁盾构法隧道正交下穿施工对既有隧道影响分析

为了探讨新建隧道的施工对既有隧道产生的影响,以西安地铁某区间盾构隧道为背景,采用三维有限元数值计算方法,分析了新建盾构隧道正交下穿施工对地表及既有隧道结构的影响,得到了既有隧道管片位移、内力以及既有隧道上方地表沉降的变化规律。计算分析结果表明:正交下穿盾构隧道施工时,上方既有隧道与地表将会发生较大的不均匀沉降,同时既有隧道衬砌结构发生不均匀侧移和扭转,正交位置附近既有隧道结构下侧出现不同程度的拉应力,需要对正交区域内的地层进行加固。     

盾构下穿对既有铁路路基影响的模型试验研究

为研究盾构隧道开挖对既有铁路路基的影响，基于相似比理论建立室内大型试验模型，模拟盾构开挖扰动作用下周围土层及既有铁路路基的受力变形过程。结果表明:模型试验能较好地反映盾构下穿对土层及地表线路的影响；盾构隧道轴线方向各土层土压力变化较两侧明显，其中在一倍洞径范围内土体是受扰动影响的重点区域；模型试验中盾构下穿开挖导致既有线路沉降变形呈近似线性，若增加埋深，既有路基沉降速度及沉降量将大幅降低。建议在盾构施工前对既有铁路的下穿段路基进行加固，确保行车安全。     

盾构隧道近接施工对既有市政隧道的影响分析

以双线盾构隧道下穿既有市政隧道施工为研究对象,在有效模拟盾构施工顶推力和脱环瞬间应力释放的基础上,考虑土体、既有结构、盾构机体、新建结构多体的相互作用,研究了单线和双线贯通对地层变形、既有隧道内力和变形、围护桩变位以及盾构隧道自身内力的分布特征。研究表明:盾构下穿时,既有矩形市政隧道水平向附加拉应力主要出现在隧道底板,竖向最大附加拉压应力出现在两管盾构隧道中心上方隧道边墙底部位置;在盾构隧道正常施工条件下既有隧道是安全的。     

土仓压力对隧道近接既有隧道盾构施工影响分析

针对水底隧道平行近接既有隧道施工的情况,以长沙地铁4号线下穿湘江近接南湖路隧道工程为依托进行三维数值模拟分析,探索近接施工中盾构机土仓压力对新建隧道及既有隧道的影响。结果表明,盾构土仓压力越大,地表最终沉降越小,推进过程中要选择适当的土仓压力,不宜过大也不宜过小;盾构开挖对周边土体扰动产生的附加应力场基本以隧道中心为对称轴对称分布,随着离中心距离的增大沿两侧逐渐减少,盾构土仓压力增大则引起的附加应力也增大;随着盾构土仓压力的增大,既有隧道管片变形增大,不利于既有隧道结构的安全。     

新建隧道正交下穿施工对既有隧道的影响

为揭示新建隧道正交下穿施工对既有隧道结构安全及地表建筑物产生的影响,依托某新建地铁区间隧道工程,采用三维有限差分方法构建了新建隧道正交下穿既有隧道的三维数值计算模型,探讨了新建隧道正交下穿施工对地表沉降及既有隧道衬砌结构产生的影响,得出了地表横向、纵向沉降规律以及既有隧道衬砌结构变形、内力的变化规律。     

下穿盾构隧道施工对铁路的影响研究

盾构隧道开挖对邻近建筑物的扰动是必然存在的,此类问题已得到了愈来愈广泛的关注。以佛山市三水区下穿盾构隧道工程为依托,利用数值摸拟法,计算分析了近距离下穿盾构隧道施工对既有铁路的影响规律。基于弹性地基梁理论,将盾构开挖影响等效成一位移,推导了盾构隧道开挖引起的既有铁路竖向位移理论计算公式。分析结果表明:盾构隧道开挖引起的轨道沉降近似呈正态分布曲线,主要影响范围为隧道轴线两侧约2.5倍隧道直径范围内,与Peck估算公式计算所得影响范围一致,且其分布规律与实测结果吻合。对比数值与理论计算结果表明,采用弹性地基梁法可以有效地计算既有铁路受下穿盾构开挖影响后的位移。     

复合地层盾构上方建筑物沉降特征及原因

以深圳地铁某线盾构下穿既有房屋为依托,结合既有房屋的建筑沉降监测值和出渣量、同步注浆量、土仓压力、掘进速度、推力等施工参数,分析辅助气压式土压平衡盾构在卵石-风化花岗岩复合地层下穿期间砖混结构建筑物的沉降特征及原因。盾构刀盘通过比盾尾通过引起的建筑物沉降值大,盾构从桩基中间下穿比从端头下穿引起的沉降值和影响范围大,盾构在下穿2号楼期间出现了出渣量超方,致使桩基所处地层松动和房屋沉降。由数据分析可知:出渣量超方有两方面原因:①土仓于停机期间排土却没有及时补充辅助气压,使开挖面失稳;②盾构所穿强-全风化花岗岩地层的增多造成掘进速度降低,刀盘对地层扰动的增大加剧了开挖面卵石层的塌落。     

盾构隧道施工对既有桥梁基础的影响分析

针对采用盾构法进行隧道施工时对临近的既有桥梁安全性造成威胁的情况,以城轨线盾构隧道近距离下穿京沪高速铁路桥梁的实际工程为背景,分析盾构隧道施工对既有桥梁基础的影响。采用大型有限元软件ABAQUS建立铁路桥群桩基础、隧道及周围土体的三维有限元模型,模拟盾构隧道开挖过程,并对铁路桥基桩的位移、倾斜及内力的变化情况进行分析。分析结果表明:隧道盾构掘进过程中,邻近的既有桥梁基桩沿水平方向及隧道掘进方向产生了位移,同时发生倾斜;隧道盾构掘进引起的地层扰动,不仅使周围土体及基桩产生沉降,而且导致基桩产生一定的附加力,降低了桩基础的承载力。     

地铁盾构区间隧道近接下穿综合管廊影响研究

地铁盾构区间隧道施工下穿既有综合管廊时,周围土体产生扰动,引起周围土体的变形,会使既有综合管廊产生附加应力和变形,威胁结构安全。为了研究盾构隧道下穿过程中对既有综合管廊的影响,探索不同穿越交角下既有管廊的变形规律,采用三维有限差分法进行模拟,分析盾构隧道施工过程中既有综合管廊的沉降变形规律、地基加固对管廊沉降的控制效果及不同下穿交角对既有综合管廊沉降的影响。计算结果表明：既有综合管廊在盾构机附近主要产生纵向上的不均匀沉降,随着盾构掘进,沉降逐渐增大,进行地基加固后能够有效减小既有管廊的沉降变形。当下穿交角较小时,既有综合管廊沉降变形增大。通过本文的研究,可以为类似工程提供指导。     

盾构隧道下穿既有铁路路基及框架箱涵地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿施工对地表沉降影响，依托武汉地铁3号线区间盾构隧道工程，运用ANSYS有限元软件对盾构隧道在不同埋深条件下下穿路基和箱涵进行模拟，得到了不同埋深盾构隧道下穿施工对既有的路基和箱涵及对应地表沉降扰动规律，将对应的地表沉降与Peck公式预测的地表沉降进行对比分析，总结了盾构下穿施工与Peck公式预测的地表沉降之间异同。结果表明:①随着埋深的增加，盾构隧道下穿施工导致地表沉降减小，沉降槽宽度逐渐增加；②先行线对地表沉降的影响较后行线大；③盾构隧道下穿箱涵施工的地表最大沉降与Peck公式预测值十分接近，而隧道下穿路基的地表最大沉降比Peck公式预测值偏小。     

综合管廊地基加固与远期盾构隧道修建的相互影响分析

随着地铁盾构隧道、城市隧道、城市地下综合管廊等的大量修建,新建隧道下穿/上跨既有隧道及其相互影响已成为隧道工程重点研究的内容之一。对于既有隧道,以往的研究主要集中在城市隧道或盾构隧道。城市地下综合管廊具有埋深浅、宽度小、壁厚薄的特点。因此,当其被双线盾构隧道下穿时,既有隧道结构的内力、地表沉降等也必然不同。基于汾湖站（苏州南站）综合管廊工程,采用MIDAS GTS NX软件建立了三维有限元模型,分析了管廊地基加固对远期地铁盾构隧道修建的影响及其相互作用,以地基加固长度和上下隧道净距作为变量,考虑了盾构机的掘进压、千斤顶推力和管片间的界面。研究结果表明：对于该工程项目,若远期盾构隧道下穿综合管廊,管廊地基加固对管片的内力无明显影响;当双线盾构隧道下穿后,较短长度的地基加固会增大既有管廊的轴力（拉力）;对于初始阶段地表沉降,地基加固均增大了X向（垂直管廊方向）、Y向（平行管廊方向）的沉降值,但显著减小了盾构隧道下穿后地表的隆起值。     

盾构正交下穿引起双线隧道竖向位移的时空效应分析

盾构下穿既有运营线路一直是地铁施工的重、难点,尤其是在复杂地质条件下,此类工程的施工风险将大大增加。针对南宁轨道交通3号线在圆砾层、砂层地质条件下盾构成功下穿既有1号线的工程实例,通过现场实测数据,分析了复杂地质条件盾构隧道依次下穿双线隧道过程中两条既有隧道结构竖向位移与盾构掘进各阶段的时空效应。结果表明,当盾构刀盘下穿既有线路时,既有线断面产生的沉降较小,而盾尾下穿既有线路时,既有线断面累计沉降量发展迅速;盾构后下穿下行线时累计变化量及影响范围均小于先下穿的既有线上行阶段;盾构机在刀盘距离既有线路水平距离约1D(洞径)左右开始影响既有线路。研究结果可为同类工程提供借鉴。     

地铁隧道穿越南水北调干渠施工影响分析

以郑州轨道交通2号线向阳路站-南四环站区间盾构隧道下穿南水北调干渠工程为例,利用Midas/GTS有限元软件对地铁隧道下穿南水北调干渠在未通水及通水2种工况下进行对比模拟分析,通过现行沉降控制标准,得出以下结论： 1）左右线之间间距在2倍洞径以上,可有效减少左右线隧道对干渠的叠加影响; 2）在干渠未通水的情况下,隧道在渠底覆土8 m可满足沉降要求,在干渠通水之后,下穿隧道在渠底覆土厚度建议大于12 m。从地铁隧道施工方面考虑盾构施工对南水北调干渠可能产生的影响,以期为地铁隧道下穿南水北调干渠明渠设计及施工过程中线间距、覆土厚度选择、下穿时序及盾构掘进参数提供借鉴。     

类矩形盾构隧道下穿引起既有隧道竖向位移计算方法研究

为探究类矩形盾构隧道施工对既有隧道造成的影响,得到既有隧道竖向变形规律,基于随机介质理论并结合累积概率曲线计算土体损失造成的土体竖向位移,再通过转动错台协同变形模型计算既有隧道竖向位移;针对新建类矩形盾构隧道下穿既有隧道,以土体损失作为造成既有隧道沉降的唯一因素开展室内模型试验,并对拱顶位移进行施工全过程测量,将实测值与理论计算结果进行对比验证。研究结果表明： 1）理论计算结果与实测值较为吻合,证明了理论计算方法的可靠性; 2）类矩形盾构隧道下穿既有隧道造成既有隧道沉降的规律与圆形隧道一致; 3）由于土体损失,新建隧道下穿会导致既有隧道发生沉降,在新旧隧道投影交汇处的既有隧道拱顶变形最大; 4）既有隧道拱顶沉降变形随着开挖面的掘进逐渐增大,且存在一个快速变形的阶段。     

盾构隧道施工对既有铁路箱涵结构的影响研究

依托武汉地铁3号线盾构隧道下穿合武线铁路工程，采用三维数值计算方法模拟盾构施工全过程，分析盾构掘进对铁路箱涵结构变形及地表沉降的影响规律。研究结果表明:盾构施工导致既有箱涵结构产生以沉降为主的附加变形，沉降最大值出现在结构底板处；盾构掘进过程中，地表变形呈先隆起后沉降的规律，盾构开挖面到达分析断面前后各1倍洞径距离范围内地表变形波动较大；箱涵变形值随隧道埋深的增大呈减小趋势，当埋深增加到一定程度后，轨面沉降仍大于限制值，需采取合理的地层加固措施，以减小施工对既有结构的影响。     

超大直径水下盾构隧道近接施工力学行为分析

为探明海域复合地层条件下,水下超大直径盾构公路隧道近距离开挖对既有隧道的影响,文中以珠海横琴马骝洲交通隧道为研究背景,采用数值计算和现场试验相结合的方法,得到了由盾构施工引起的既有隧道附加内力及变形变化规律。分析数据可知:盾构施工会引起管片的二次附加内力,拱顶弯矩和拱底轴力受隧道开挖的影响程度较大;由开挖引起地表沉降影响范围约为5倍隧道洞径,盾构在近距离施工产生的荷载对既有隧道有挤压变形的效果,两侧拱腰会随着隧道掘进而逐渐向内产生二次收敛变形。     

隧道交叠段变形规律及支护应力研究

新建隧道下穿既有隧道时,交替开挖工序可能会对既有隧道产生不利影响,文中以某公路隧道交叠段为对象,对新建隧道开挖进行全过程数值模拟,分析开挖过程对既有隧道底板变形的影响,同时考虑交叠段隧道结构之间相互作用关系,分析新建隧道支护应力及围岩变形。结果表明,新建隧道开挖后,竖向位移最大值出现两主洞隧道拱顶部位,水平位移最大值出现主洞左、右边墙部位,主洞左、右边墙角部位可能出现局部拉裂破坏,既有隧道底板沉降最大值出现在新建隧道主洞顶部上方。     

盾构隧道近距离下穿机场高速桥梁加固措施优化研究

以成都轨道交通19号线二期工程龙桥路站—双流机场站区间盾构隧道近距离下穿机场高速桥梁工程为依托，通过数值模拟结合现场实测，对典型隧道开挖步下的地层沉降和既有机场高速桥梁变形进行分析，对比研究不同加固措施下地层及机场高速桥梁的变形响应。研究结果表明:随着盾构隧道的不断推进，桥基向隧道开挖面偏移，变形量不断增加；3种隔离桩防护措施均能对盾构隧道掘进引起的地层扰动起到缓解作用，其中双排钢花桩和双排钻孔旋喷桩能有效控制桥基变形。     

地铁隧道施工对既有城市道路的影响研究

为了探究地铁隧道下穿施工时,施工方法和隧道埋深对既有城市道路的影响,以某正交下穿既有城市道路的地铁隧道为例,利用FLAC~(3D)有限差分软件建立了三维数值计算模型,就新建隧道的埋深和三种不同的施工方法对既有城市道路的影响进行了数值模拟研究,得到主要结论如下:采用三台阶六步法时,新建隧道施工引起的围岩变形和路面沉降最小,三台阶法次之,全断面开挖引起的围岩变形和路面沉降最大;隧道埋深越大,既有路面受新建隧道的影响越小,当埋深为50 m (8倍新建隧道洞径)时,新建隧道引起的既有路面沉降值仅为3. 7 mm;同时,新建隧道施工对周边环境影响最为严重的是新建隧道2倍洞径范围内,距离新建隧道越远的地方,受到的影响则越小。