天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律研究

重叠盾构隧道施工会对地层产生二次扰动,造成地表变形加剧。为研究其地表变形规律,依托天津地铁5号线宾馆西路—环湖西路区间和6号线环湖西路—宾馆西路区间隧道工程,采用FLAC3D对两种开挖顺序进行数值模拟,并对15个地表监测断面的实测数据进行分析,得到天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律。研究结果表明：(1)本工程中上部隧道推进土压力和静止土压力比值α的合理取值范围为2.0～2.4,下部隧道α宜取1.2～1.6;(2)对地表实测数据进行拟合,可近似认为Peck公式中的沉降参数k服从N～(0.981, 0.230)的分布;(3)不同开挖顺序地表沉降曲线的形状和宽度无变化,开挖顺序2的最大地表沉降增加0.8 mm;(4)“先下后上”的开挖顺序时,地表沉降槽宽度主要受下部隧道影响。     

小净距重叠盾构隧道下穿铁路线施工安全技术研究

为了解决小净距重叠隧道下穿准高速铁路的安全施工问题,采用数值计算的方法,对上下重叠隧道不同施工顺序引起的地层变形、管片结构位移和受力情况进行分析。结果表明,采用"先下后上"开挖方式时,地表沉降、隧道管片结构竖向位移及其弯矩均小于"先上后下"开挖方式。当采用"先下后上"盾构掘进时,上隧道引起的最大地表沉降为13. 934 mm;采用"先上后下"时,最大地表沉降为15. 516 mm(沉降控制值为10 mm)。对铁路线路、上下隧道间夹层土体和铁路路基软土进行加固后,地表沉降数值计算值为9. 525 mm,实际观测最大值为5. 9 mm(均在控制值范围内)。该研究结论为重叠隧道顺利下穿准高速铁路施工提供了关键技术支持。     

双线隧道盾构掘进对地表沉降影响的数值分析

研究目的:在双线隧道盾构掘进过程中,先开挖隧道地层变形会对后开挖隧道地层变形产生不可忽视的影响,导致双线隧道盾构掘进完成后地表沉降存在差异性。依托天津地铁某盾构区间隧道掘进工程,基于FLAC3D软件建立隧道掘进过程的有限元模型,从隧道开挖变形、地表沉降的角度分析先挖线路对后挖线路变形特征的影响,验证双线隧道盾构施工导致地表沉降的叠加效应。为保证盾构掘进过程中地表沉降不超标,通过数值模拟分析盾构土仓压力、同步注浆量和出渣量等因素对地表最大沉降量的影响,有效指导盾构隧道施工参数的选择,最后通过现场监测数据验证数值模拟结果的正确性。研究结论:(1)前序次开挖隧道对后序次开挖隧道的隧道拱顶沉降与地表沉降均存在叠加效应影响,后序次开挖隧道的拱顶沉降及地表沉降均略大于前序次隧道的对应沉降值;(2)数值模拟结果与现场实测结果的对比显示,实测地表沉降值相比数值模拟计算值分别高出5. 78 mm、4. 97 mm,隧道的管片沉降实测值与计算值误差均在5%以内,数值模拟计算误差均处于可控范围内,一定程度上验证了数值模拟结果的正确性;(3)本研究结论在城市地铁盾构(TBM)法施工领域,对地表沉降控制方面的机理研究和实践操作有较好的应用效果。     

南京地铁交叉区段施工方案计算分析

南京地铁一号线南延线车站出入线地下隧道工程,其上方为安德门站—宁丹路站区间隧道,区间正线与出入线上下交叉.本文采用ANSYS有限元软件对其施工过程进行数值模拟分析,主要从地表沉降和地层竖向位移、后建区间隧道施工对先建出入线隧道竖向位移和支护结构内力的影响等方面进行分析,最后给出合理的施工建议,为今后相关工程提供一些借鉴.     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

新建地铁车站近距离上穿既有地铁区间隧道施工方案的选择

北京地铁新建5号线东单站垂直上穿既有地铁1号线区间隧道,采用浅埋暗挖法施工,基于Peck公式预测施工引起的地表最大沉降为-34.5～-69.0 mm.为了严格控制地表沉降和既有地铁区间隧道上浮,采用工程类比法和FLAC3D有限元法,对柱洞法、中洞法和侧洞法3种地铁车站施工方案进行对比分析,结果表明柱洞法引起的地表沉降、既有地铁区间隧道上浮及结构内力变化均明显小于中洞法及侧洞法,因此施工方案选用柱洞法,并且洞室1、洞室3和洞室8的开挖以及中部梁柱体系施作阶段是柱洞法施工的关键控制步骤.施工完成后,实测地表最大沉降为-53.2 mm,既有地铁区间隧道底板最大上浮为7.7mm,均在控制标准之内.     

浅埋暗挖地铁隧道引起地表沉降的数字模拟与实测分析

地铁隧道施工引起地表沉降问题是地铁隧道建设最难控制且亟待解决的关键性问题之一。根据土体变形机理,对我国北部某城市浅埋暗挖地铁隧道开挖地表沉降量进行有限元预测计算,并利用施工路段现场监测值对模拟结果进行验证。验证结果表明:应用有限元软件模拟计算得到最大竖向沉降量产生在隧道轴线正上方位置,施工结束后的最大沉降值约为39.9 mm;实际监测MS-6断面施工结束后的最大沉降值为55.1 mm;实测值与模拟计算值存在一定差异,距离隧道轴线位置越近,两者差异的数值越大。实测地表沉降值与模拟计算值整体变化一致,因此应用有限元模拟浅埋暗挖地铁隧道引起地表沉降量是可行的。     

特殊杂填土地层地铁暗挖区间施工加固措施分析

以沈阳地铁9号线某暗挖区间穿越特殊杂填土地层工程为例,建立暗挖区间开挖的数值模型,分别计算区间隧道与特殊杂填土段不同位置关系以及不同地层加固措施下的地表沉降和隧道变形。采用FLAC3D软件进行数值模拟,分析采用地面注浆和洞内深孔注浆地层加固措施对于暗挖区间隧道开挖沉降、变形控制的效果。     

多目标规划理论在新建隧道开挖顺序中的应用

研究目的:对于多分区断面隧道开挖,不同的开挖顺序有着不同的应力释放、叠加路径,从而导致不同的结果,尤其在接近施工时,开挖引起地层的变化将直接影响到既有结构的位移和变形.因此,对多分区断面隧道开挖顺序的研究就显得尤为重要.本文以北京地铁10号线国贸站-双井站区间暗挖下穿既有地铁1号线为实例,介绍多目标规划理论在新建隧道开挖顺序优化问题中的应用.研究结果:通过采用多目标规划理论对开挖顺序进行计算优化,并在施工中依靠多项合理技术措施,北京地铁10号线国贸站-双井站区间下穿地铁1号线的既有线沉降得到了有效的控制,最大沉降值为4.83 mm,小于5 mm的极限值,确保了施工安全和既有地铁的正常运营.     

复杂条件下超大跨地铁车站施工仿真技术研究

研究目的：研究复杂条件下超大跨浅埋暗挖地铁车站施工时,不同施工工序下开挖引起的地层扰动对地表沉降及拱顶下沉的影响规律。研究方法：以某超大跨浅埋暗挖地铁车站作为工程背景,利用ANSYS有限元软件作为开发平台,以浅埋暗挖隧道开挖支护理论为基础,采用平面应变模式,对双层两柱暗挖结构的三跨连拱隧道开挖支护全过程进行非线性仿真研究。研究结果：仿真计算结果与现场监测数据基本吻合,可以指导该类型隧道施工的地层沉降仿真研究、施工作业及信息化施工。研究结论：地表沉降影响范围约3倍洞径,最大沉降量为20.75 mm,拱顶最大下沉量为29.93 mm;超大跨隧道分部开挖“群洞效应”明显,在“上软下硬”围岩地层中,地层变形控制的关键工序是上部软岩断面的开挖支护,下部断面要减少爆破振动对地层变形的影响;大跨隧道开挖支护中,不同分部开挖引起的沉降量及沉降槽宽度是不同的。     

线路重叠交叉段下部隧道联络通道冻结法施工对上部隧道的影响

以某地铁线路隧道重叠交叉段联络通道施工为工程背景,针对下部隧道联络通道冻结法施工,建立Midas/GTS建立三维有限元模型,分析联络通道冻结法施工过程对上部隧道的影响。分析结果表明:下部隧道联络通道施工完成后,上部隧道最大沉降量为-0.322 mm,最大隆起量为0.211 mm,最大水平位移为-0.053 mm,均在安全可控范围内;上部隧道结构最大拉压应力也均满足强度要求。     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

上下重叠地铁盾构隧道施工对邻近建筑物影响及控制措施研究

在城市地铁施工建设过程中,经常会出现地铁隧道下穿建筑物的现象。为研究地铁隧道下穿建筑物对建筑物的影响,依托某地铁区间隧道工程,采用数值模拟的方法,对注浆加固前和注浆加固后盾构掘进(先下洞后上洞)地下室底板沉降和承台沉降及桩基变形进行分析。通过分析得知,重叠隧道在隧道开挖过程中,应采取注浆加固等手段,来控制各项变形指标,减小盾构开挖对建筑物的影响。     

小净距硬岩区间接收洞施工技术研究

为缓解城市地上交通压力地铁被广泛采用，地铁区间隧道进入车站段需提前施工接收洞，用来降低TBM出洞风险。青岛地铁1号线北岭站～水清沟站(位于硬岩区且左右线距离仅为2.2 m)接收洞采用非对称注浆加固+控制爆破法施工。为减少后开挖隧道对已开挖隧道的影响，如已开挖隧道沉降、结构变形开裂、先开洞扭转等问题，项目通过爆破设计、超前支护、非对称注浆、施工监测等方面控制，安全快速地完成了小净距硬岩隧道接收洞施工，可为类似工况项目提供经验参考。     

隧道近距离施工对上覆运营隧道的影响分析

以北京地铁16号线国家图书馆站至二里沟站区间隧道近距离下穿既有地铁4号线国家图书馆站至动物园站区间隧道为背景,采用FLAC 3D模拟分析了下穿施工引起的既有隧道结构变形特征,提出了下穿施工期间的变形控制指标和变形控制的重点。结果表明:既有隧道结构沉降曲线近似呈W形,右线隧道施工产生的沉降比左线稍大;既有隧道结构变形控制指标为3 mm,为防止注浆引起既有隧道结构过大抬升和降低工程造价,设定最大隆起变形为1 mm;下穿段新建隧道上方是变形控制的重点。根据计算结果和设定的变形控制指标调整了施工支护参数。下穿施工期间既有隧道各项监测数据均正常。     

浅埋条件下并行立交隧道施工安全性的三维数值模拟

以长沙市营盘路湘江隧道东岸并行立交段施工为研究对象,对浅埋条件下并行立交隧道施工安全性进行三维数值模拟分析。研究结果表明：隧道施工结束后地表沉降最大值为39．66mm,并位于隧道上下立交区域,地表沉降不能满足安全要求,还需对地表采取加固措施,如采取地表锚杆、地表袖阀管注浆或旋喷桩加固;下部隧道初期支护变形及受力受上部隧道施工影响不大,安全系数均大于1,结构能满足安全要求,但施工中仍不能忽视对初期支护变形及内力的监测,视情况采取加固措施,或改变施工工艺,如可以先行贯通下部隧道二次衬砌。其研究结果可为类似地质条件和施工方法的同类工程提供借鉴。     

地铁隧道开挖超前小导管预注浆参数对地表沉降的影响

以哈尔滨地铁三号线湘江路站—会展中心站区间大断面地铁隧道暗挖段施工为背景,采用FLAC 3D数值模拟软件研究不同超前小导管预注浆参数下地铁隧道开挖引起的地表沉降规律,计算结果显示,改善小导管投影长度、注浆半径及径向加固范围这3个参数可以有效地减小地表最大沉降量。基于这3个敏感性因素设计正交试验,以掌子面后方14 m处截面最大地表沉降和掌子面处地表沉降释放率为评价指标,通过极差分析和方差分析得出:小导管投影长度对地表沉降的影响最为显著,其次是注浆半径,而小导管径向加固范围的影响最小。     

多目标规划理论在新建隧道开挖顺序中的应用

研究目的：对于多分区断面隧道开挖，不同的开挖顺序有着不同的应力释放、叠加路径，从而导致不同的结果，尤其在接近施工时，开挖引起地层的变化将直接影响到既有结构的位移和变形。因此，对多分区断面隧道开挖顺序的研究就显得尤为重要。本文以北京地铁10号线国贸站一双井站区间暗挖下穿既有地铁1号线为实例，介绍多目标规划理论在新建隧道开挖顺序优化问题中的应用。研究结果：通过采用多目标规划理论对开挖顺序进行计算优化，并在施工中依靠多项合理技术措施，北京地铁10号线国贸站一双井站区间下穿地铁1号线的既有线沉降得到了有效的控制，最大沉降值为4．83mm，小于5mm的极限值，确保了施工安全和既有地铁的正常运营。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

浅埋暗挖法施工近接交叉地铁隧道地表沉降监测分析

研究目的:结合某城市地铁5号线与6号线近接交叉隧道施工现场监测,对大跨度交叉隧道采用浅埋暗挖法施工的地表变形规律分析,总结出交叉隧道地表沉降产生的原因.研究结论:(1) 交叉近接隧道采用浅埋暗挖法施工的地表沉降曲线形状与合成的Logstic曲线比较吻合.(2) 交叉结构开挖过程中的反复扰动和结构间的体系转换等是地表变形的主要原因.(3) 施工过程中合理的开挖步距、增设临时仰拱及注浆加固等措施对控制地表变形有比较显著的作用.研究结果对浅埋暗挖施工、优化施工顺序、合理利用和控制交叉隧道施工引起的变形叠加具有一定的实际参考价值.