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。     

区间隧道长距离密贴下穿既有车站变形特征分析

既有结构在隧道长距离密贴下穿过程中极易受到扰动而产生较大沉降,为分析既有结构的安全性,依托北京地铁19号线区间隧道零距离下穿既有4号线新宫站工程,将数值模拟与现场监测相结合,研究既有结构在施工全过程中的沉降变形特征。结论表明:(1)对地层进行全断面深孔注浆加固可有效控制既有结构沉降;(2)下穿段区间隧道二衬施作引起既有结构沉降最大,施工全过程中既有车站沉降小于3 mm的限值;(3)两侧疏散口沉降集中发生在既有站两侧隧道施工过程中,施工全过程中既有疏散口沉降小于3 mm的限值。     

温州市域铁路S2线瓯江北口隧道方案研究

研究目的:水底隧道作为铁路、公路等交通通道跨越大江、大河的重要方式之一,目前已广泛应用。本文以温州市域铁路S2线瓯江北口水底隧道工程为例,对影响隧道选址的地质条件、沿线控制点、两岸接线条件、隧道运营安全等因素进行综合研究,合理选取隧址方案,同时针对本项目的特点,合理选取隧道结构断面和防灾救援方案,可为类似水底隧道工程提供参考借鉴。研究结论:(1)研究比选了上、下游线位方案在工程地质、施工难度、运营期安全、沿线控制点及接线条件等方面的差异,推荐地质条件较好、施工难度较小、运营期沉降较小、对周边规划影响小的下游线位方案,其避开了隧底淤泥层、防洪堤基桩、岸上重要建筑物;(2)分析了国内外水底铁路隧道疏散通道布置方式,结合本工程特点,研究采用专用纵向疏散通道+增设中墙设置横向联络通道的组合方式;(3)分析了隧底软硬不均地层和深厚软土厚度变化大引起的不均匀沉降对结构的不利影响,推荐盾构隧道采用双层衬砌结构;(4)根据运营与现场条件,盾构隧道内设置排烟道,并结合疏散通道布置,比选"单洞双线无中隔墙+底部疏散通道"、"单洞双线+中隔墙"和"双洞双线"等隧道断面方案,推荐采用"单洞双线+中隔墙"断面方案,其运营安全性高;(5)重点分析了隧道防灾通风排烟,采用纵向通风烟道排烟方式,火灾救援时保证安全通道正压值30 Pa,并控制隧道内烟雾排放方向,确保人员疏散;(6)本研究成果对修建深厚软土地层水底隧道工程具有借鉴和参考意义。     

浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位分析

研究目的:为了解浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位规律,本文结合西安地铁二号线依托工程,构建三维数值计算模型,对黄土地区浅埋暗挖地铁隧道施工的地表、地层纵、横向变形规律进行系统研究,以期提高黄土地区地铁区间隧道的修筑水平。研究结论:(1)双洞开挖的空间效应与开挖洞径和相对位置有直接关系,后开挖洞室掌子面距先行洞室测试断面两倍洞径左右时开始产生影响,开挖洞室到先行洞室测试面断面时,影响最大;(2)浅埋暗挖法施工中地表地层沉降基本经历缓慢变化、急剧变化及逐渐平稳三个阶段;(3)施工对地层的影响与埋置深度近成反比关系,随地层深度逐渐增加,施工对另一侧地层的影响则逐渐减弱;(4)沉降速率与距离监测断面成反比关系,随掌子面向监测断面的靠近而不断增大,而后随着掌子面远离监测断面而不断减小,呈漏斗形,最大值在掌子面过后的2~4 m的范围;(5)横向的地表沉降曲线呈宽底漏斗状,地层沉降曲线变为标准W形;(6)本文研究成果可为西安地铁修建中的地上地下重点文物和古今建筑的保护提供技术支持。     

地铁大跨暗挖隧道下穿桥隧结构变形影响分析

以某地铁工程中单洞双线暗挖隧道下穿桥隧结构为例,通过实测数据分析及数值模拟验证,得出:在现有施工方法及地层条件下,上部既有桥隧结构的变形整体符合Peck单凹槽曲线,其中既有隧道结构沉降曲线比既有桥梁结构沉降曲线更接近Peck公式;地层损失率在0.20%～0.24%之间。分析结果说明,三维数值模拟可较为准确地预测上覆既有桥隧结构的沉降趋势,模拟结果与实测值差异较小。     

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。     

复合地层盾构隧道施工环境影响及参数敏感性研究

含花岗片麻岩风化地层和软黏土地层的复合地层给工程实际施工带来了较大的困难和风险。为了研究隧道开挖对复合地层的环境影响机制,本文以广州地铁21号线中新站至中新东站隧道工程为背景,通过处理及分析,得到了隧道开挖引起周围地层的变形规律和影响参数的敏感性。分析表明,隧道在复合地层中开挖,地表沉降的发展与Mair提出的沉降五个阶段理论相符。双线隧道开挖时,先行隧道开挖对后行线围岩引起的地层扰动和超静孔隙水压力等因素都将增大后行线隧道周围土体的变形沉降。此外,地表沉降各施工因素的敏感性排序为:土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、总推力、同步注浆压力。因此,控制土仓压力、保证刀盘扭矩和转速的均衡是降低沉降的关键措施。     

新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩变形特性研究

为揭示新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩的变形特性,依托某市地铁隧道工程为背景,采用理论分析、数值模拟、现场测试等相结合的方法,分析近距双线浅埋隧道采用新奥法施工过程中的地表沉降、拱顶位移及围岩收敛规律。研究结果表明:隧道开挖面卸载是围岩发生变形的主要诱因;近距双线隧道开挖围岩变形存在叠加,主要叠加区域位于双线隧道中线连接区域,相比单线开挖同位置变形最大增量达45%;由变形预测结果可知,地层变形在建设期基本完成,约占预测10年变形总量的85%以上。     

重载铁路隧道近距下穿高速公路暗挖施工技术

山西中南部重载铁路某隧道在DK503+122处下穿山西省境内的长平高速公路,高速公路为双向四车道,宽26 m。铁路为单洞双线浅埋暗挖隧道,隧道断面开挖跨度为11.3 m,隧道下穿段埋深11.5 m。如何在铁路隧道开挖、支护施工过程中,确保高速公路的正常运营,严格控制路面的沉降、变形,是本工程的重点和难点。通过采取大管棚超前支护、CRD法开挖及监控量测等措施,保证了高速公路的正常运营及铁路隧道的施工安全。     

地铁深基坑开挖对下部既有公路隧道的影响分析

以昆明地铁3号线西山公园站深基坑工程骑跨既有公路隧道为工程背景,利用Midas-GTS建立二维数值模拟深基坑全过程,研究基坑开挖对下方既有隧道的变形影响规律。分析坑内加固和基坑时空效应施工措施对控制隧道上抬变形的影响,结合现场实际监测数据和有限元分析表明:(1)基坑开挖对下部岩体具有显著的垂直方向卸荷作用,其受力状态和形状的改变程度受限于上部土体性质、土体开挖量、开挖方式及隧道围岩性质;(2)坑内加固后可明显降低隧道衬砌的隆起变形,降幅约为18%;(3)实际监测数据略小于计算结果,但变形趋势二者较为吻合。     

石太铁路客运专线李虎坪隧道CRD法施工技术

以石太铁路客运专线李虎坪隧道为例,介绍客运专线双线大断面黄土隧道控制测量、开挖支护、监控量测、二次衬砌等施工技术。工程实践表明,CRD法适用于V级黄土双线大断面隧道施工,施工进度快,控制地层变形好,施工安全度高。     

某地铁深基坑桩撑支护结构施工力学行为分析

研究目的:特殊红砂岩地层严重影响兰州地铁车站深基坑支护施工安全,因此研究特殊红砂岩复杂环境下深基坑施工力学行为迫在眉睫。本文以兰州地铁1号线东方红广场站深基坑桩撑支护结构为工程背景,依据现场监测结果和数值计算模型对比分析了围护结构、周边建筑物及地表沉降的位移变化规律。研究结论:(1)数值模拟结果和现场监测结果对比分析表明,两者的结果相近,变化趋势基本一致,说明运用生死单元法对基坑开挖支护分析的结果可以为深基坑的设计与施工提供有效指导;(2)现场监测桩顶水平位移最大值为10.51 mm,小于30 mm的控制值,这说明咬合桩+钢支撑的支护结构可以有效地控制兰州特殊红砂岩地层基坑位移;(3)随着基坑开挖和支护的持续进行,桩身的前倾型变化曲线逐渐成为"鼓肚"形,最大测斜值为10.56 mm,发生于2/3倍的开挖深度附近;(4)随着基坑的不断开挖,周边建筑物距离车站越远,其竖向沉降位移越小;(5)基坑周边的最大沉降发生于距离基坑边缘1/3倍坑深处;(6)本研究成果可为兰州地区类似特殊地层地铁深基坑的设计与施工提供指导。     

全风化花岗岩富水地层超大断面隧道设计技术

研究目的:在艰险困难山区,受铁路车站设置和联络线出岔影响,会出现多线车站隧道和变断面隧道,甚至形成超大断面隧道。当隧道位于软弱浅埋富水地层时,隧道建设存在以下安全风险:地形地质条件差,地下水发育,易坍塌破坏;初期支护受力大,变形控制难度大,存在变形侵限、失稳及塌方风险;隧道需采取多次开挖支护,受力转换困难,支撑拆换安全风险大。鉴于国内外软弱富水地层超大断面隧道实例不多、研究较少,本文结合实际工程,对此问题进行研究。研究结论:论文总结了国内外超大断面隧道修建技术现状,对隧道施工过程中的力学行为进行了分析,制定了隧道的超前支护措施、衬砌支护参数和施工方法,并得出如下主要结论:(1)软弱富水地层超大断面隧道修建难度大,安全风险高,造价高,需结合隧道工程的具体条件制定切实可行的支护措施和施工方法;(2)为控制软弱富水地层超大断面隧道初期支护变形和初期支护措施转换,采用大墙脚基础和多重支护措施是必要的;(3)为控制软弱富水地层变形,超大断面隧道变形及坍塌,应采取强有力的超前加固及掌子面加固措施;(4)该研究成果可为软弱地层超大断面隧道设计、施工提供借鉴。     

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。     

暗挖地铁隧道斜交下穿既有铁路的施工研究

研究目的:新建地铁隧道下穿既有铁路工程涉及到铁路运营安全和地铁施工安全,受到工程界的重视.文中选取暗挖地铁隧道斜交下穿某既有铁路工程为研究对象,该地铁隧道为双线、部分浅埋隧道,隧道采用暗挖法施工难度和风险较大.通过ansys计算软件按初步设计的施工顺序和施工工艺进行三维数值计算,分析隧道施工引起的地层沉降和塑性区分布.研究结论:(1)隧道施工引起地层内力重分布,是地表产生沉降的原因,但是列车荷载对地表沉降的影响更为显著;(2)数值计算对施工措施的选择提供了重要依据;(3)施工前对铁路路基注浆加固或在铁路路基两侧预埋袖阀管根据沉降情况进行注浆,可对沉降变形进行控制.     

黄河高阶地复杂地质大断面隧道施工技术

结合兰新铁路第二双线兰州铁路枢纽引入工程孔家营隧道施工,介绍不同围岩地层断面所采用的开挖方法和辅助施工方法,总结高阶地复杂地质大断面不同地层组合隧道围岩的施工技术,以期对类似工程有一定借鉴作用。     

软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

盾构与浅埋暗挖隧道小间距并行施工技术研究

成都地铁5号线为满足车辆调度需求,在九兴大道站小里程端采用左线盾构隧道与右线大断面浅埋暗挖隧道的双线并行布设方案,双洞净距2.9m。本文以该超小净距隧道为背景,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降规律及夹层土体应力状况进行了分析。结果表明,无论何种开挖次序,先行隧道的开挖均会导致后行洞开挖引起的地表沉降曲线向先行洞偏移并有所增大;由于左线小断面盾构隧道施工扰动理论上较小,因此先施工右线大断面浅埋暗挖隧道后再进行左线盾构隧道的施工顺序更为合理;先浅埋暗挖后盾构隧道施工造成的地表沉降值在两洞中间区域略小于先盾构后浅埋暗挖隧道施工;双线隧道通过后地表沉降槽呈现出"U"形状态,盾构隧道的通过造成地表沉降影响范围增加了约1/4;双线开挖过程中中间土体在浅埋暗挖隧道一侧受施工的影响更为明显,应重点关注。     

地铁盾构穿越复合地层地表变形规律研究

依托苏州地铁首次穿越凝灰岩软硬不均地层工程实际情况,采用数值模拟的手段对盾构隧道连续穿越软硬不均地层及全断面硬岩时的地表变形影响进行了分析研究。通过分析得到地表的横向、纵向变形规律以及施工过程对地表变形观测点的影响,在软硬不均地层中地表变形最大值达到14.2mm,最大沉降槽宽度达到60m,远大于在全断面硬岩地层中掘进对地表影响;同时在复合地层中掘进时,盾构开挖面在通过目标面里程前后15m范围内时,施工对地表变形影响十分明显,在有施工沉降控制性要求时,应格外注意。