地铁盾构隧道施工对地层变形影响的三维数值模拟

以南京地铁玄武门—新模范马路区间隧道盾构施工工程为背景,使用FLAC3D软件在考虑盾构隧道施工中的开挖、排土、衬砌等步序的前提下,进行盾构隧道掘进施工对地层变形影响的三维数值模拟.结果表明,在盾构掘进施工过程中,地层沉降具有明显的时间效应;地表沉降量随之逐渐增大;地层横向沉降变形随着地层埋深的增加,最大沉降值逐渐增大,沉降槽宽度逐渐减小;地层沉降历时曲线呈现出反"S"形.     

软弱富水地层盾构掘进引起的地表变形控制

以苏州地铁5号线某区间盾构隧道为研究对象,以施工期间掘进参数及隧道地表实测监测数据为依据,分析盾构掘进工程中地质条件、土仓压力、推进速度等因素对地表变形的影响。结果分析表明:盾构掘进面前方一倍洞径处,地表易隆起,地表隆起量随着推进速度、土仓压力、同步注浆压力的增大而增大;随着盾构掘进,地层受施工扰动及水土损失影响,地层开始出现沉降,并不断增大,在距离盾尾两倍洞径位置附近趋于稳定。文中针对盾构在富水砂层、粉土、粉质粘土段掘进存在的问题,提出了地表变形控制措施。     

地铁区间隧道穿越粉细砂地层土压平衡盾构施工技术

石家庄市城市轨道交通1号线体育场站~北宋站区间隧道穿越粉细砂地层,施工采用土压平衡盾构掘进技术,对始发洞口进行了双管旋喷桩加固,掘进过程中优化了盾构推进速度、土仓压力、出土量、推力及注浆压力等主要技术参数,保证了施工安全,区间隧道顺利贯通;采用同步注浆和二次注浆措施及优化的掘进施工参数控制了掌子面的稳定和地表沉降。工程实践证明土压平衡盾构也适用于粉细砂地层的区间隧道施工。     

大断面隧道盾构法施工引起的地表沉降分析

地铁特殊地段使用超大异型断面隧道,因其结构较单管和双管隧道复杂,隧道断面有其自身的特殊性,因此,有必要开展大断面隧道盾构法施工引起的地表沉降监测方面的研究,以便为宁波市地铁后续盾构隧道工程的设计、施工积累经验。本文针对大断面隧道盾构法施工的地表沉降问题进行了现场监测数据分析,结果表明:大断面盾构掘进在施工期间对地表沉降影响较大,在地质较差地段,影响更为明显;大断面盾构施工期间进行二次注浆可明显抑制地表沉降,但在地层比较薄弱或被其他施工扰动过的地段应严格控制注浆量和注浆压力;大断面盾构施工后期沉降稳定时间远比单圆盾构后期稳定时间长,后期沉降影响更为显著。     

土压平衡盾构隧道引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到广泛的应用,由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中备受关注的问题。以广州地铁3号线某盾构区间隧道为研究对象,运用三维有限差分法对盾构施工过程中影响地面沉降的因素——土舱压力、盾尾注浆压力和地层损失率进行较为系统的研究,可得出结论：影响盾构隧道地表沉降最大的因素为地层损失和注浆压力,增大土舱压力对降低隧道地表沉降的作用非常有限。     

曲线盾构隧道下穿机场输油管道施工风险分析

依托于长沙磁悬浮盾构隧道下穿机场输油管道工程，基于Mindlin解和镜像法，考虑掌子面推力、盾壳摩擦力、盾尾注浆压力和土体损失影响，推导出输油管道的变形计算公式，并结合数值模拟方法验证理论计算方法的适用性。研究结果表明：理论计算结果和数值模拟结果吻合程度高，满足工程精度要求，验证了理论计算方法的正确性；地表和输油管道的变形在右线隧道掘进过程中呈“U”型，左线隧道掘进过程中逐渐变成“W”型，且沉降变形的最低点分别位于左线和右线隧道上方；输油管道沉降变形曲线的最低点会朝着弯道内侧发生偏移，在进行监控量测时需要将监测重点朝弯道内侧部分的输油管道进行偏移。     

地铁盾构施工引起地表沉降特征与规律研究

依托某市轨道交通九号线某区间工程,运用Midas GTS有限元分析软件建立数值分析模型,将整个隧道掘进过程分为10个施工阶段,计算施工过程中的地表沉降,分析不同掘进距离下地表的沉降量,并选取地表5个测点进行位移变形结果分析。结果表明:在隧道拱顶位置处产生沉降区域,在隧道拱底产生隆起现象,拱顶处的最大沉降值随着盾构掘进距离的增加而增大,盾构掘进到达地表监测点附近时,该监测点的地表沉降值变化速度较快。     

土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验设计与应用

为提高对盾构施工相关问题试验研究的针对性，提出了土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验方法，并设计了模型试验相关装置；为避免多个关键影响因素相互影响，将盾构隧道施工过程中开挖掘进、管片拼装、同步注浆等关键操作环节分开依次进行模拟；为降低刀盘开口率试验研究相关成本，研制了几何相似比为1∶10且刀盘开口率可调的模型盾构机；为确保模型盾构隧道的纵、横向刚度相似性，设计了几何相似比为1∶10且纵、横向刚度可分别按需设置的模型盾构隧道，其管片环采用修正匀质圆环模型，管片环之间采用垫有压缩弹簧的螺栓连接；为方便试验并节省成本，模型盾构隧道采用外部拼装后再放入钢套筒内，以避免在狭小空间内进行管片拼装，且不加工管片拼装机；为实现注浆压力与注浆量的精准控制，设计了适用于室内模型试验的恒压同步注浆装置；利用模型盾构机开展了掘进施工过程中渣土输出控制对地表沉降影响的试验研究。分析结果表明：单位掘进距离的渣土输出量直接关系到盾构掘进过程中的超挖控制，从而影响地表沉降，当出土率小于1时，出土率变化对地表沉降影响较小，当出土率大于1时，出土率增大将显著加大地表沉降。为了最大程度地发挥整个模型试验的科研价值，在盾构...     

地铁盾构隧道下穿停机坪的地表沉降研究

以某地铁线机场延伸线盾构隧道下穿某机场停机坪为工程背景,通过二维数值模拟盾构施工过程,对地表沉降槽曲线特性进行了研究,同时计算了不同注浆压力值与地表最大沉降量的的关系。计算结果表明:单线开挖结束后,横断面的地表沉降近似呈现V型的正态分布曲线,盾构下穿对地表沉降的影响范围约为洞径的5倍,双线开挖结束后,地表沉降槽沿横断面方向近似呈现U型,注浆压力与地表沉降近似成反比关系。     

盾构隧道施工对西安钟楼影响的数值模拟预测

隧道施工导致古建筑及周围地表沉降的预测和控制是国内隧道工程领域遇到的研究课题之一．建立的三维有限元模型模拟了西安地铁2号线钟楼段的盾构施工过程,模拟了无隔离桩、无接触隔离桩及有接触隔离桩3种情况下盾构掘进过程中地面点沉降、钟楼周围地表和钟楼台四角点沉降的动态变化规律．结果表明,盾构施工有限元模型可以很好的模拟盾构通过的各个阶段,计算结果与盾构掘进规律一致;有接触隔离桩模型较好地反映了隔离桩的实际工程作用,有效的隔断了桩内外的地表沉降,隔离桩内外地表沉降差达到14．1mm;接触隔离桩减小了盾构施工引起的钟楼四角点的沉隆及差鼻沉降．对钟楼缸到了很好的保护作用．     

地铁盾构隧道施工对邻近管线的影响分析

为了获得地铁隧道盾构法施工对临近地下管线的变形和应力的影响规律,以大连地铁二号线某区间隧道工程为背景,利用FLAC3D软件对隧道盾构施工引发的地层变形所导致的管线变形、应力进行了精细模拟,得到双线隧道施工完成后横向地表沉降槽不符合叠加理论,存在少量差值,双线隧道贯通时最大沉降值为11.26 mm,盾构隧道地层体积损失率为1.46%,地表沉降槽宽度系数为0.81.按两条隧道互不影响沉降叠加,最大沉降值为11.93 mm;右线隧道贯通时,燃气管最大沉降值为10.1 mm,左线隧道贯通时,燃气管最大沉降值为11.4 mm,最大沉降位置向左有少量偏移.随着右线盾构掘进施工,污水管道沉降逐渐增大,最大沉降变形为5.45 mm,线隧道贯通后,污水管线最大沉降值为9.79 mm.整个过程两管均处于安全状态.     

大直径盾构隧道下穿高层建筑风险分析及沉降变形研究

大直径盾构隧道下穿高层建筑物是城市市政工程中经常遇到的施工状况,在盾构掘进过程中隧道周边土层会发生一定的变形,从而威胁到建筑物的结构安全稳定,对此类工程施工过程进行风险分析和结构变形计算是十分必要的。以此类工程施工为研究背景,采用数值模拟和原位监测的手段,发现大直径盾构掘进过程和掘进后对高层建筑沉降影响较大,并且盾构下穿过程对地下室底板和独立式桩基变形也有显著影响;采用洞内同步注浆有利于减少建筑物沉降。大直径盾构隧道下穿过程中应明确施工风险,严格控制掘进参数,制定有效沉降控制措施是降低施工风险的有效手段。     

盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响

为探明盾构隧道同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的原因,通过对珠海马骝洲隧道工程进行现场测试及施工参数统计,获得了盾构掘进过程中管片外荷载的变化规律与注浆滞后时间;将盾尾视为充满高压液体的密闭容器,盾构推进视为改变容器的边界条件,推导了盾尾体积应变与浆液压力的关系式;并用钱江隧道及Sohpia隧道的监测结果对其适用性进行了验证. 研究结果表明:造成同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的因素主要包括浆液注入口压力的波动变化,管片脱离盾尾过程中浆液的扩散及施工过程中同步注浆相较于盾构行程的滞后效应;马骝洲隧道注浆相较于盾构推进的平均滞后时间为86 s,当盾尾间隙体积变量为1 × 10–4时浆液压力变化值达到了0.218 MPa,盾构机从静止到掘进的短时间内滞后效应会使管片壁后浆液压力急剧降低的现象得到了验证.      

盾构施工参数对土体及单桩的影响

采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟盾构施工,通过变化注浆压力及推进力研究盾构施工对周边土体及单桩基础的影响.增加注浆压力是减小盾构推进对周围土体影响的最有效的措施.当注浆压力足够大,推进力、盾尾脱离及浆液硬化对土体的影响程度相同.若使隧道顶点的沉降及隧道底部土体的回弹减小相同的数量,底部注浆孔的压力要大于顶部注浆孔的压力.当推进力大于临界值时,推进力对隧道周边土体的影响明显增加.隧道周边及地表处各点的位移变化主要发生在盾构机通过这些点所在位置时,衬砌生成后,随后的开挖步对其影响很小.桩侧隧道洞室衬砌生成后,随后开挖步施加的注浆压力可以明显减小桩顶沉降,注浆压力越大,桩顶最终沉降越小.推进力对桩顶沉降影响不明显.盾构施工引起的桩顶和桩底的沉降始终相同,即桩整体下沉.桩顶无荷载及桩顶施加工作荷载时,开挖引起的桩顶沉降相同;桩顶施加极限荷载时,开挖引起的桩顶沉降明显增加.     

兰州地铁下穿黄河段同步注浆参数控制研究

以兰州轨道交通1号线泥水盾构下穿砂卵石黄河地层为工程背景,对同步注浆施工过程中的浆液类型、注浆压力、注入率、注浆量以及注浆速率参数进行研究.通过统计与有限元方法分析,得到如下结论:对比三种同步注浆浆液的类型的优缺点,得到同步注浆的浆液为单液硬性浆,然后用有限元软件Plaxis对下穿黄河段注浆压力进行数值分析,计算了隧道中心线埋深分别为15 m、21 m、27 m情况下,注浆压力为0.2 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa下盾构隧道中心线位移,确定盾构隧道穿越黄河段的注浆压力为0.4 MPa;分析现场盾构施工实际参数,得到注浆率控制在130%～180%,注浆量为4.3～6 m~3,注浆速率为0.07～0.17 m~3/min.     

土压平衡盾构双线隧道施工引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到了广泛的应用，由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题。以广州地铁三号线某盾构区间的两条水平平行隧道为研究对象，运用三维有限差分法对盾构隧道施工引起的地层移动和地表沉降进行了较为系统的研究，得出了两条盾构隧道开挖面距离、注浆压力的大小对地表沉降的影响规律，取得了一些新的认识和具有实用价值的研究成果。     

软弱地层环境下地铁盾构下穿铁路框架桥影响分析及应对措施

以杭州地铁 9 号线一期工程下穿沪杭铁路框架桥为背景, 建立盾构下穿施工三维数值模型, 分析软弱地层环境下地铁盾构隧道下穿施工对铁路框架桥的影响, 提出多种确保铁路安全运营应对措施, 并在施工过程中进行现场监测。 数值分析表明, 盾构隧道下穿施工中铁路框架桥最大沉降量为 6. 72mm, 进行洞内注浆加固后, 最大沉降量降为 4. 76mm, 说明在软弱地层环境下及时进行洞内注浆对抑制铁路框架桥的沉降变形具有显著效果; 监测结果表明, 盾构右线施工对框架桥沉降变形的影响大于左线, 铁路框架桥最大沉降达到 6. 9mm, 采取应对措施及时进行洞内二次注浆, 可有效控制框架桥的持续沉降变形, 铁路框架桥处于安全可控状态。     

淤泥填海地层近距离交叠隧道施工影响及控制分析

针对淤泥填海地层中的近距离交叠隧道工程,利用三维有限元软件PLAXIS数值模拟,计算了新建盾构隧道施工对周边环境的影响。施工将引起的临近既有线上浮14 mm,造成地表沉降变形69 mm,无法满足盾构施工变形控制要求。为有效控制盾构施工对周边环境的影响,必须对淤泥填海地层进行加固。采用二维有限元法分析了不同加固范围对隧道附加变形的影响,提出了淤泥填海地层的针对性加固方案:隧道两侧3 m范围内的淤泥填海地层采用高压旋喷桩全深度加固。经计算,加固条件下既有线上浮变形和地表沉降较未加固条件分别能减小44%和86%。由此可知,在淤泥填海地层中,提出的加固方案能有效控制施工引起的环境变形,减小施工影响。     

复合地层下泥水盾构管片上浮规律及影响因素分析

针对在盾构隧道施工中经常出现的管片上浮问题,以南昌轨道交通4号线泥水盾构过江隧道为工程依托,通过数理统计方法对泥水盾构穿越不同地层时管片上浮量进行归纳分析,探讨地层参数以及盾构掘进参数对管片上浮的影响规律。研究结果表明:在全断面砂层中掘进,管片上浮量小且上浮值变化稳定;而当进入上软下硬地层和泥质粉砂岩层,管片上浮量急剧变化,尤其是在过江段中风化泥质粉砂岩中掘进,管片上浮量最大。考虑盾构掘进参数单因素影响,随着注浆压力、泥水压力和盾构推力的增大,管片上浮量均会出现增大,而掘进速度的变化对施工期间管片上浮影响较小。在掘进过程中需要结合地层特性对管片上浮影响并且对主要掘进参数进行实时调整,在一定程度上可以实现对管片上浮的有效控制。     

盾构参数对复合地层损失率和地表沉降的影响

为研究土压平衡式盾构机穿越复合地层过程中,不同盾构掘进参数对地表沉降值和地层损失率的影响,依托湖南商学院站至白鸽咀站区间盾构工程已有的施工沉降监测数据,利用Peck公式反推得到盾构施工在此类地层条件下的地层损失率,并通过三维有限元数值模拟分析了盾构各参数对地表沉降值和地层损失率的影响程度.研究结果表明:在掘进推力增大时...