砂卵石地层盾构微扰动施工及掘进控制研究

研究目的:针对北京地铁8号线天桥～永定门外区间右线隧道试验段1～160环掘进施工,结合地层条件分析掘进参数和地表变形间的关系,并对土压平衡盾构微扰动施工控制进行初步探索,以期为砂卵石地层盾构隧道的设计与施工提供借鉴和参考。研究结论:(1)相对于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层,盾构施工在砂卵石地层引起的沉降更大,对地层的扰动也更大;(2)盾构在砂卵石地层中掘进时,按照太沙基松动土压力理论计算得到的开挖面支护压力更加贴合现场实际情况;(3)千斤顶推进速度与螺旋机转速对于调节开挖面支护压力至关重要;(4)盾构在砂卵石地层中掘进所需的推力和扭矩要高于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层中的相应值;(5)由于砂卵石土孔隙率较大,故需要及时调整注浆压力以保证注浆量,从而控制地表沉降;(6)对于砂卵石地层中的盾构施工,通过合理控制盾构掘进参数,可以较好地减小地表沉降和地层损失。     

盾构施工扰动对隧道结构弹性沉降的影响

为探索盾构施工扰动对隧道弹性沉降影响的估算方法,需估计隧道最终沉降。以某地铁为背景,基于Winkler弹性地基梁理论,同时考虑土的扰动程度,得到土体扰动度与隧道弹性沉降的关系;考虑隧道上覆荷载、土体初始变形模量及隧道弯曲刚度不同取值对隧道弹性沉降进行修正;然后基于某地铁8年的监测数据,半定性半定量地分析了扰动度、地质条件、上覆荷载对隧道沉降的影响,并考察了弹性沉降占总沉降的比例,及不同地质条件、上覆荷载情况下扰动度的分布范围。研究表明:隧道弹性沉降量与隧道上覆荷载成正比;与土体初始变形模量呈幂函数关系;与土体扰动度D呈指数关系;这3个因素相互关联,地质条件好、上覆荷载小的区域往往施工扰动小,地质条件很差、上覆荷载很大的区域往往施工扰动大;粗略估计,隧道弹性沉降约占总沉降量的20%;该地铁施工扰动度一般在0.2~0.5,地质条件较好且上覆荷载较小的地区,扰动度大概在0.2~0.3;对于地质条件较大且上覆荷载较大的区域,扰动度大概在0.4~0.5;选择上覆荷载较小、地质条件较好的地段,比较容易将扰动度D控制在较小的范围内,可明显减小对隧道弹性沉降及最终沉降。     

地铁盾构下穿高层建筑基础的扰动变形影响与实测研究

[目的]城市轨道交通建设中遇到越来越多的盾构穿越或近接高层建筑施工的案例,而盾构法因其特殊的施工工艺不可避免对地层产生扰动,严重时可能会影响既有建筑的结构安全,因此需要对盾构穿越过程中隧道及高层建筑的受力特性进行深入研究。[方法]依托济南地铁R2号线生产路站—历黄路站区间隧道工程,采用三维有限元数值方法对双线盾构隧道非同步斜交下穿高层建筑群桩及筏板承台基础的施工过程进行了模拟,并结合现场监测数据分析了地层位移规律、建筑物沉降的变形特征,以及施工时盾构掘进参数的控制效果。[结果及结论]双线盾构隧道先后下穿建筑群桩时,先行隧道开挖引起的地面沉降量较大,后开挖隧道对地层产生的扰动相对较小;盾构通过建筑物正下方时的沉降量最大,随着盾构的远离,其沉降逐渐减少并趋于稳定。由于高层建筑属框架结构,故在临近隧道一侧建筑体区域地层发生了沉降,而在远离隧道的建筑体区域地层呈上浮趋势,但二者的差异沉降量仍在可控范围内。     

深圳地铁隧道邻接施工沉降数值模拟研究

研究目的:针对深圳地铁新建隧道邻接既有隧道工程,利用FLAC3D软件进行施工过程模拟,探讨新建地铁区间隧道施工过程中新建隧道周边地层位移、既有隧道施工沉降、地面沉降、新建与既有隧道的安全等问题.研究结论:在本地质条件和特定盾构推力情况下,地面最大沉降12.9 mm,最大隆起值0.7 mm,变形量满足设计要求;既有隧道施工结束并完成相应固结沉降最终沉降值为1.8 mm,地表沉降槽宽度约60 m,沉降曲线相对平坦,满足既有隧道横向差异沉降要求.     

砂土地层地铁盾构隧道施工对地层沉降影响的模型试验研究

为研究地铁盾构隧道施工扰动下不同埋深处砂土地层损失差异及沉降模式,以干砂为填料,通过逐步释放土体模拟地层损失,对砂土地层盾构隧道施工时由土体损失产生的地表沉降和土体内部地层沉降进行模型试验研究。结果表明:在砂土地层盾构隧道施工过程中,地层损失从地表向下以幂函数形式增长,最大沉降和沉降槽宽度系数与地层损失呈很强的正相关性;随着地层埋深的增加,沉降模式由高斯曲线形式过渡为烟囱状形式,沉降槽宽度系数在增加到一定数值后保持相对稳定状态,而最大沉降持续增长,对地层损失的增加起主要作用。基于统计分析原理,针对砂土地层的高斯沉降模式,建立了不同埋深处砂土地层损失与地表损失间的关系,提出不同埋深处砂土地层损失的计算公式,并结合试验数据修正了不同埋深处砂土地层的最大沉降以及沉降槽宽度系数的计算公式,最终得到不同埋深处地层沉降的计算公式。     

双圆盾构隧道施工力学行为三维数值模拟

结合上海轨道交通M6线双圆盾构区间隧道工程,应用有限差分程序FLAC3D分析双圆盾构隧道施工力学行为,对双圆盾构施工扰动引起的土体位移场特性进行监测与数值模拟对比分析.分析表明,数值模拟结果与监测值基本吻合.双圆盾构施工扰动土体位移场特性与单圆盾构类似,但影响范围、量值更大.对于深层土体,计算所得的最大沉降、隆起值分别为-0.042 m、0.08 m,对于浅覆土地层,隧道开挖后,易出现整体上浮现象,隆起值达0.03 m.双圆盾构施工扰动所引起的深层沉降、侧向位移还需要进一步研究.所得结论为进一步研究异形盾构施工环境土工影响提供参考.     

急转弯盾构隧道近穿既有桥梁影响研究

为探究大曲率盾构隧道在急转弯过程中对邻近桥梁的影响,以上海某急转弯隧道穿越桥梁工程为背景,基于Midas数值模拟软件,建立急转弯隧道近穿桥梁三维数值模型,分析急转弯隧道施工对桥梁桩基的影响,并结合现场施工方案,分析所采用地层加固措施对减小桥梁沉降变形控制效果,主要结论如下：(1)受盾构隧道近穿既有桥梁影响,地表沉降槽宽度为3.44D(D为隧道直径);在盾构穿越桥梁时对地层扰动最大,地表累计沉降量占最大沉降量的90%。(2)盾构近接既有桥梁,桩身变形主要以Y向(纵向)变形为主,在盾构穿越桥梁时,桩身倾斜变形量最大。(3)采用MJS工法对土体进行加固之后,地表沉降量、桥梁桩基水平位移量大幅降低,从数值模拟结果看,桥梁沉降变形减小38%,隧道结构上浮量减小79.5%。     

深圳区间地铁隧道施工引起地表沉降规律的研究

本文通过对深圳地铁一号线西乡一固戍区间单线和双线隧道盾构法施工引起的地表沉降分析,总结了复杂地质条件下,隧道埋深、地质条件、注浆量、施工参数等因素对地表沉降的影响.随着隧道埋深增大,地表沉降影响范围增大,而地表的最终沉降量逐渐减小.淤泥质层、富水砂层、粉质黏土层受到扰动后稳定缓慢,后期固结和蠕变残余形变引起沉降相对较慢,沉降量较大.注浆量充足,使隧道临时支护结构稳定,地表沉降变化平缓,最终沉降量小.     

类矩形盾构穿越既有隧道引起土体沉降的模型试验研究

类矩形盾构邻近既有隧道施工的土体变形控制是今后隧道工程要面对的难题,但目前该方面的研究较少。通过开展室内缩尺寸模型试验模拟类矩形盾构邻近既有隧道施工,探究了新旧隧道不同间距以及正交、斜交、重叠、夹穿等工况下由于土体损失导致的地表和深层土体纵向变形情况;对Peck公式进行了拓展,将无既有隧道沉降值与既有隧道造成土体二次扰动沉降值叠加得到适用于类矩形盾构穿越既有隧道的地表沉降计算方法。研究结果表明：随着新建隧道的施工,地表沉降逐渐增大,最后趋于稳定;地表沉降与深层土体沉降趋势基本一致,深层土体沉降值大于地表沉降;相比正交、斜交工况,重叠工况对地表沉降影响最大,其最大沉降值比其余2组最大沉降值大1倍;斜交工况与正交工况地表沉降最大值基本相同,但斜交工况沉降槽形状为W形,正交为V形,斜交工况沉降槽宽度大于正交工况,说明对土体的影响范围更大;重叠工况由于隧道自重造成的地表沉降的效果远比遮拦效应大;对比并择优了能够计算类矩形盾构施工造成的沉降槽宽度的方法,理论计算结果与实测数据基本吻合;Peck公式适用于既有隧道造成土体二次扰动的地表沉降计算。     

盾构法施工引起的地层变位分析

研究目的:在城市隧道施工过程中,地层变位的大小往往成为决定施工成败的关键因素之一.通过对因施工引起地层原始应力状态改变、土体损失、管片衬砌变形等进行分析,合理设定盾构掘进参数,建立有效土压平衡,减小对地层的扰动和地层损失,保证施工质量.研究结论:以北京地铁4号线19标段盾构工程为例,对施工开挖造成地层原始应力状态改变、地层损失引起的地层位移进行了分析,并对施工现场进行监控量测.分析和量测数据验证,合理设定土压、同步注浆、掘进速度等掘进参数,建立有效的土压平衡,即可将各项变形控制在规定的范围内.     

映秀特长隧道单压明洞施工技术

映秀隧洞进口段地处2008年"5.12"大地震的震源中心地带,"5.12"大地震产生的剧烈地层挤压、振动、剪切运动等,使岩层断裂带松散破碎加剧,节理裂隙进一步发育,裂隙变成断裂带,节理变成裂隙,闭合裂隙变成张性裂隙,嚼合裂隙变成错位裂隙等。由于洞口岩体极为破碎,构造节理极为发育,且边坡高陡,极易产生崩塌落石,容易造成明洞偏压,存在较大的安全隐患。针对这一技术难题,介绍明洞基础处理、明洞浇筑、洞门墙施工、抗滑桩桩基加固和明洞回填等关键技术,为类似工程施工提供借鉴。     

软弱围岩隧道辅助坑道进正洞综合技术

辅助坑道与正洞相交地段处于复杂的三维受力状态,在复杂地质条件下隧道挑顶施工过程中必须尽快完成支护,尽快控制围岩变形,保证挑顶作业的施工安全。根据新建铁路沪昆客运专线贵州段捧古隧道一号横洞进入正洞挑顶施工的实践经验,详细介绍了隧道挑顶施工工艺特点,安全质量控制措施,并强调了相关注意事项,总结了在泥岩、泥灰岩等软弱富水围岩地质条件下,隧道辅助坑道进正洞挑顶施工的综合技术措施。     

小龙坎隧道受下穿区间隧道近接施工影响研究

结合重庆轨道交通1号线区间隧道下穿既有小龙坎铁路隧道的实际情况,采用理论计算、数值模拟及现场监测等方法,对既有铁路隧道受下穿区间隧道近接施工影响进行了研究。研究表明:既有铁路隧道受影响范围为90 m;通过及时对监测结果的反馈,及时调整了施工方法及支护参数,最后确保了区间隧道施工过程中既有小龙坎铁路隧道和轨道交通区间隧道的安全。     

联拱及超小间距隧道的设计介绍

研究目的:对联拱及小间距隧道设计施工中的一系列问题提出看法,并提供范例,供今后同类隧道设计参考。研究方法:综合介绍白云山、南京地铁、杭州解放路、小洋山等4座双联拱和超小间距隧道的设计与施工,从而总结概括出此类隧道的若干设计、施工要点。研究结果:工程经验加计算分析仍是目前隧道工程设计的主要手段。在笔者列举的工程设计中,设计者在充分吸取前人经验的基础上,通过多种计算为设计提供了定量分析的依据,施工监测信息的反馈使设计更趋完善。研究结论:联拱及小间距隧道技术能有效地缩小线间距,减少洞外征地、洞口高边坡、洞外线路高填方或引桥工程;白云山等4座隧道设计中采用的小导管或大管棚超前支护、对拉锚杆、微震爆破等对于保护围岩、发挥围岩的自承能力起到了决定性作用;在铁路下开挖隧道,须做好扣轨和巡视工作,确保铁路运营的安全;在联拱及小间距隧道的情况下,应进行施工监测。     

电力隧道浅埋暗挖法施工与模拟计算

结合郑州地铁电力隧道工程,重点阐述了浅埋暗挖法的具体方案。结合工程实际,提出了采用格栅钢架及取消锚杆仅用锁脚钢管的改进措施。对施工中遇到的涌水险情和路面沉降及时进行了处理。总结了粉质黏土层中浅埋隧道暗挖的施工经验,并结合有限元数值模拟计算印证了浅埋暗挖施工方案的合理性。     

暗挖车站跨既有隧道施工技术

针对洞桩法暗挖车站跨既有隧道施工项目,通过增加施工通道,采用门式钢架加固等创新、改良工艺,解决了施工工序转换的难题,节约工程成本,降低施工风险。     

既有铁路隧道受下穿引水隧洞近接施工影响预测

结合云南省盐津县白水江3级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道的实际情况,采用三维数值模拟计算,对既有铁路隧道受下穿引水隧洞施工的影响和铁路隧道结构安全对策进行了研究。结果表明:引水隧洞施工对铁路隧道产生影响的范围与掘进方向有关,靠近铁路隧道侧为2D(D为引水隧洞的开挖洞径),远离铁路隧道侧为4.5D;铁路隧道纵向受影响范围为6.5D,横向受影响范围为3D。引水隧洞近接施工时,铁路隧道将发生类似扭转的变形,需在铁路隧道受影响范围内对隧道底板沉降、衬砌变形、衬砌横/纵向受力和两隧道交叉点的竖向振动速度进行监测,并对钢轨采用扣轨处理等措施,以确保铁路隧道结构及列车运行的安全。     

新建地铁隧道下穿既有地铁施工技术

北京地铁10号线国贸-双井站区间暗挖隧道施工下穿既有地铁1号线,既有线地铁结构的安全度已达临界状态,施工不能中断行车运营。为有效控制新线施工开挖引起的地层变化对既有结构位移和变形的影响,对既有线采用袖阀管注浆、WSS工法加固的措施,详细介绍新建10号线初支顶部与既有1号线初支仰拱零距离密贴、刚性支护紧贴1号线底板进行下部隧道施工的作业要点和技术措施,以确保施工安全和既有地铁的正常运营。实践证明,该工程首次采用密贴既有结构底板的形式穿越既有地铁隧道,对城市地下工程施工具有一定的指导意义。     

从黄龙村隧道施工探讨黄土隧道施工方法

研究目的:黄龙村隧道的围岩状况在郑西铁路客运专线具有一定的代表性,通过对黄龙村隧道施工过程进行总结,进而探讨并总结黄土隧道的施工方法。研究结果:黄龙村隧道的弧形导坑预留核心土短台阶法是可以用于黄土隧道施工的有效工法之一。     

重载铁路隧道近接引水隧洞的受力影响分析

新建神华准池铁路风洼梁隧道与既有万家寨引水隧洞发生立体交叉,净间距为13.04 m,其间距不满足相邻两隧洞间的岩体厚度不宜小于2.0倍开挖洞径(或洞宽)的安全距离要求。通过数值计算,模拟分析风洼梁隧道跨越引黄工程6#隧洞段在C80列车静载作用下和不同运行速度下(40、80、120 km/h),引黄隧洞结构的应力、位移、振动速度、振动加速度变化情况,分析重载铁路隧道对引水隧洞的影响程度,表明在小间距条件下,既有的受力仍能满足安全需要;通过对铁路隧道仰拱采取一定的加强措施后,便可安全通过,避免了隧中桥或铁路改线情况的发生。