软土地区超大直径盾构下穿轨道交通影响分析

随着地下空间不断开发,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道、地下通道、地下管线等的现象越来越普遍。由于新建盾构隧道对原地应力场的改变,必然会引起既有隧道的变形,对既有隧道的结构安全产生影响。结合上海市北横通道大直径盾构隧道工程实例,采用Midas_GTS有限元分析软件建立三维数字模型,分析软土地区超大直径盾构隧道穿越施工,对已运营轨道交通盾构隧道的影响。     

盾构隧道下穿国铁站区工程安全性分析

以天津地铁3号线盾构隧道下穿国铁天津站工程为依托,采用荷载-结构模型,验算盾构隧道受力及校核管片配筋及采用地层-结构模型三维数值模拟盾构穿越天津站南北广场联络通道、雨棚基础的地层及结构变形,分析预测盾构隧道施工对既有铁路设施的影响,评估工程安全性,并对施工中采用的工程措施及对策提出建议,保证了既有铁路运营及结构安全。     

盾构下穿既有隧道扰动效应分析

新建隧道盾构下穿既有隧道易引起既有隧道结构产生附加沉降和内力,严重时会影响既有隧道的正常运营。为研究新建隧道开挖对既有隧道的扰动效应,以杭州某盾构下穿工程为背景,采用有限差分软件构建新建隧道盾构开挖模型,计算得到既有隧道结构沉降及内力变化,并分析不同盾构推力、两隧道距离及新建隧道覆土厚度对既有隧道的扰动规律。结果表明,新建隧道施工造成既有隧道不均匀沉降率达0.05%,超过规范要求,应采取相应加固措施;既有隧道最终沉降值随盾构推力、两线距离及新建隧道覆土厚度增加而减小,增大盾构推力会引起开挖过程中既有隧道隆起变形增加。     

膨胀土干湿循环对地铁隧道结构影响数值模拟研究

膨胀土经干湿循环后强度会大幅降低,会影响结构物的安全,为研究膨胀土强度变化对盾构隧道结构的影响,采用数值模拟对多种工况下盾构隧道结构的变形及应力进行研究。计算结果表明:膨胀土经多次干湿循环会对盾构隧道结构变形及受力产生不利影响,尤其是全幅工况对隧管变形及半幅工况对隧管受力的影响。     

新建铁路路基对下方既有公路隧道的影响研究

随着国内高速铁路飞速发展、各种类型交通网络不断完善，频繁出现新建工程与既有工程交叉、并行相互影响的问题。为此，依托广东省内某高速铁路路基上跨既有公路隧道工程，采用结构力学法与岩石力法相结合的方法对新建路基工程对下方既有公路隧道影响进行了数值模拟研究，引入无限大厚壁圆筒弹性模型推导了两种方法所采用参数的对应关系。分析结果显示:路堑开挖和铁路运营荷载作用会使既有公路隧道结构处于回弹状态，隧道结构安全系数在相关规范允许范围内，即新建铁路路基工程不会对下方公路隧道结构造成安全影响。     

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。     

新建车行横通道对既有隧道结构的影响研究

对既有隧道结构的改造将引起原隧道衬砌结构与围岩的应力重分布,改变其受力状态。针对新建车行横通道对既有隧道结构的影响,以某高速公路新建复线隧道与既有隧道间车行横通道建设为例,采用三维有限元进行数值模拟研究,分析新建横通道施工过程中既有隧道结构与围岩的受力和变形特性。研究结果表明:新建横通道破坏了原隧道围岩的成拱效应,导致接口处衬砌应力集中,但影响范围局限在2倍横通道跨径距离内。该研究成果可供类似工程参考。     

基坑开挖施工对超近距离下卧既有盾构隧道的保护技术研究

为确保超近距离下卧既有盾构隧道的安全,以实际工程为背景,采用结构分析、理论计算和监控量测等方法,针对基坑开挖施工对下卧既有盾构隧道的保护技术进行了研究,主要包括:1)结合上部基坑开挖施工工况,利用计算软件分析不采取措施时下卧隧道的内力转换及变形,发现随着基坑开挖施工,管片结构内力虽先增大后减小,但增大的幅度有限,对安全不起控制作用,下卧隧道的安全主要受变形控制;2)为有效抑制基坑开挖施工引起的超近距离下卧既有盾构隧道的变形,分别研究隧道内设置抗浮锚杆、隧道侧设置隔离桩、隧道内增设临时支撑及配重等技术措施对抑制隧道变形的作用,发现隔离桩+临时支撑+配重措施效果最好,隔离桩措施次之,抗浮锚杆措施效果最差;3)根据研究成果,提出下卧隧道保护设计方案,并应用于工程实际,以期能为类似工程提供参考。     

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。     

采用轻质填料填筑路堤对其下方盾构隧道的影响研究

在城市已运营盾构隧道附近建设新的工程,是城市建设中越来越难以避免的课题。无论在盾构隧道上方加载或者卸载,都将对盾构隧道的结构受力和安全运营产生长期的影响。针对此问题,在填筑路堤时,提出先挖方,后采用轻质填料等荷载置换法,解决填筑路堤施工对盾构隧道的影响这个问题。在分析过程中,以实际工程为依托,采用Plaxis有限元软件建立路基-隧道-土耦合模型,考虑位移、超孔水压力等方面,研究了路基施工对地铁盾构隧道的影响,并分析变形规律,得到相应的结论。其成果可为同类工程起到参考作用。     

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。     

深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站区间盾构隧道小净距上穿既有线区间隧道施工关键技术

新建隧道近距离穿越既有地铁结构施工已成为城市地铁工程建设中的一种常见情况,如何有效地控制既有线的变形已成为目前研究的热点问题。以深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站盾构区间小净距(1.5 m)上穿既有运营1号线竹子林站—侨城东站区间为例,采用既有线上方地层加固技术、上穿段盾构掘进控制技术和既有结构监测施工技术,有效地控制了既有结构的变形,确保盾构施工安全和既有地铁的正常运营。     

旁侧基坑开挖偏心卸载下盾构隧道横断面受力变形研究

为了研究基坑开挖导致旁侧既有盾构隧道产生偏心卸载而带来的不利影响，采用MIDAS/GTS NX软件建立精细化的三环盾构管片模型。基于修正惯用法计算的盾构衬砌环初始围压和Mindlin公式计算得到的基坑开挖卸载产生的附加围压，通过将总围压施加在盾构管片模型上，模拟计算得到盾构衬砌的横向变形和内力；采用椭圆度作为评价隧道安全状况的指标，研究基坑开挖偏心卸载对盾构隧道的影响规律。结果表明： 在基坑开挖偏心卸载过程中，衬砌结构会产生斜向“压扁”的效果，呈现“斜椭圆”变形；由于应力集中的原因，在管片与管片的接缝处应力较大，混凝土应力最大值处在邻接块与标准块之间；混凝土和螺栓的最大应力值会随着椭圆度的增大而增大；随着基坑围护结构位移增大，基坑侧壁应力释放系数β值逐渐增大，隧道的水平位移值也随之增大；在基坑开挖过程中要严格控制围护结构的位移量，以保证盾构隧道安全。     

新建铁路路基对下卧公路隧道的影响

为研究新建铁路挖方路基对既有公路隧道的影响,以某铁路客运专线路基上跨某高速公路隧道为依托,通过建立三维有限元模型,分析了开挖过程及运营时列车静载作用下公路隧道结构位移和内力的变化规律。结果表明,随着路堑边坡逐级开挖卸载的进行,隧道结构在竖直方向发生隆起,离铁路路基的位置越近,变形越大;埋深越小,衬砌内力受路堑开挖影响越明显。运营阶段考虑列车荷载时,隧道隆起量有所减少。采用荷载结构法对二衬结构进行内力计算,拱顶处安全系数仅为3.9。针对影响,研究提出施工建议,为同类工程提供相应参考。     

单双线盾构隧道下穿对油罐群变形影响的数值分析

随着城市建设的不断推进，城市建（构）筑物日渐密集，新建盾构隧道不可避免地会下穿既有建（构）筑物。分析盾构穿越对周边结构在全寿命周期内的影响，对既有结构物的维护极为重要。基于此，本文采用三维有限元方法分析某越江盾构隧道穿越工程地面油罐群变形的影响，重点研究施工期隧道穿越、运营期隧道内发生火灾及地震工况下地面油罐群的沉降情况，并对比分析采用单管双层盾构与双管单层盾构隧道建设方案造成的影响。研究结果表明： 施工期盾构顶推时，双管盾构造成的地层扰动大且范围广，故双管方案导致的地表油罐群沉降及倾斜率大于单管方案；当油罐群下方范围隧道发生火灾时，双管盾构同时发生火灾对油罐群的变形影响大于单管盾构发生火灾时带来的影响，而双管盾构中某一条隧道发生火灾对油罐群的影响介于以上二者之间；地震作用下，建设单管隧道与双管隧道后地面油罐的地震响应相对于未建隧道时的地震响应差异不大。     

考虑收敛变形的通缝拼装盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算分析

为了研究运营地铁通缝拼装盾构隧道长期沉降过程中衬砌结构横向变形对其纵向变形和受力的影响,基于上海轨道交通8号线西藏北路站—中兴路站运营盾构隧道现场试验监测数据,对等效连续化模型进行修正,考虑隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算方法进行对比分析。结果表明:1)弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。2)结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。3)在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。