盾构隧道纵向地震响应分析

为了探讨盾构隧道的纵向地震响应特性，采用地层一隧道整体三维有限元模型，对武汉长江越江盾构隧道的地震响应进行了分析，主要研究了合理的盾构隧道力学模型、隧道与地层之间的相互作用以及隧道的振动特性．通过隧道与地层的整体分析，得到了盾构隧道位移和应力的分布及其随时间的变化曲线．计算结果表明：压缩波引起的纵向拉、压应力和剪切波引起的扭曲变形是隧道抗震设计的关键．     

考虑地层变形规律的盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性建模分析

目前研究中的盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性建模方法建模效果较差,本文考虑地层变形规律提出一种新的盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性建模方法。首先分析地层变形规律,从地层受压期、地层下沉期以及地层微稳定期3个阶段出发,得到变形阶段示意图,计算地层损失率,根据地层损失率得到轨道-路基-土体有限元模型,通过盾构隧道沉降系数确定模型为横向地层变形状态或纵向地层变形状态。再分析安全系数,得到盾构隧道下穿高速铁路桥梁承载力,选取冲击力、摩擦力以及负荷力,计算桥梁扰动性程度,建立盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性模型。最后根据扰动模型判断盾构隧道下穿高速铁路桥梁的扰动状况。该扰动模型具有很强的判断能力,对于盾构隧道下穿高速铁路状况分析有积极意义。     

类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

为了得到适用于类矩形盾构隧道结构设计模型,通过整环足尺试验模拟类矩形盾构隧道在正常运营工况下的实际受力,得到试验结构的变形和内力,采用等效刚度模型和梁-弹簧模型对试验结果进行分析,得到有效的类矩形盾构隧道结构设计参数. 结果表明:采用等效刚度模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,难以得到同时符合结构长短轴变形的管片刚度折减系数;采用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,结构变形和结构内力计算结果和足尺试验结果较为匹配,能真实反应类矩形盾构隧道结构受力,选用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型更为合理,所研究类矩形结构管片接缝的抗剪刚度建议为341 × 106～368 × 106 N/m;负弯矩接缝抗弯刚度建议为114 × 106～491 × 106 N?m/rad,正弯矩接缝抗弯刚度范围为85 × 106～177 × 106 N?m/rad.      

采用纵向等效连续化模型的盾构隧道纵向抗震分析

用与盾构隧道纵向变形性能相似的梁单元来模拟隧道结构的特性,建立盾构隧道纵向等效连续化模型,通过理论解析计算得到盾构隧道的等效拉压刚度和等效弯曲刚度。以软土地层中的盾构隧道为例,考虑地震裂度分别为7度和8度时,正弦位移行波在0°和45°方向上入射,采用反应变位法和动力有限元法,分别得到了隧道纵向上的最大拉、压力和弯矩以及螺栓和管片的受力、变形和接头螺栓的最大张开量。     

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

实际工程中，盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位，针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征，提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型，然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载，获取隧道最不利区域边界力，最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上，分析纵向接头细部构造受力特征；并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论. 研究结果表明:地震波横向激励时，盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主，而纵向激励时，则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主；在纵向张开量最大的局部区域，不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况，该局部区域都处于受拉状态，两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响；当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时，最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位，最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.      

基坑近接既有地铁盾构隧道施工影响分区方法

为了确保基坑近接既有地铁盾构隧道的结构安全和正常运营,在对盾构隧道纵向等效刚度模型研究的基础上,建立了隧道纵向变形曲率与螺栓承载状态和线路正常运行要求的公式.结合沈阳某深、大基坑近接既有地铁盾构隧道施工工程的实际情况,通过改变既有盾构隧道相对新建基坑的空间位置关系,进行了多工况三维数值模拟计算分析,得到了基于桩锚支护的基坑近接既有地铁盾构隧道施工的强、弱、无影响分区图,并通过现场的沉降实测结果等验证影响分区标准和控制技术的有效性.研究结果表明:盾构隧道纵向变形曲率半径是基坑近接盾构隧道施工中隧道结构安全和正常使用的关键指标,可将盾构隧道纵向变形曲率半径作为近接影响判断准则;在确定基坑近接既有盾构隧道施工工程的影响分区时,可将盾构隧道轨道线形受影响的临界状态及管片接头极限状态下隧道纵向变形曲率半径,分别作为强弱影响区和弱无影响区的划分阈值.     

青岛盾构隧道安全风险组段划分方法研究

盾构施工过程中常常发生因设备参数控制不合理而引发的风险,因此需要对盾构设备参数精细化控制,并建立完善的施工参数控制体系。在充分考虑盾构隧道穿越地层、埋深、上覆地层和地下水条件等因素的基础上,综合分析隧道所在区段内地面的环境状态,对盾构隧道进行了分类分段,最后结合实际工程对不同组段的盾构掘进参数进行了合理选取和有效控制。研究结果表明：该方法大大降低和规避了盾构施工中的安全隐患,有效控制了盾构施工中的安全风险。     

上方大面积加(卸)载引起盾构隧道的变形分析

盾构隧道上方大面积加载或卸载会引起隧道结构发生纵向变形,过大的沉降或隆起会使隧道结构发生裂缝或是环缝张开,导致渗漏水甚至破坏。把隧道结构等效为处于土层中的弹性地基梁,利用Boussinesq解计算加（卸）载在隧道下卧土层中产生的附加应力,基于Winkler模型计算隧道结构的变形。结合上海某地铁隧道上方大面积卸载后加载的工程实例,计算隧道结构的纵向变形,判断结构的安全性,并用有限元计算验证理论计算公式的正确性。     

盾构隧道拓建地铁车站施工力学特性分析

随着城市轨道交通的快速发展及城市环境的制约,普通暗挖法在地铁车站施工中所受的局限越来越大,结合国内外工程案例,提出双洞盾构区间隧道拓建地铁车站的方案,可为以后利用盾构隧道扩挖车站或在盾构区间内增设车站提供借鉴。采用数值模拟对既有盾构隧道拓建地铁车站的方案进行分析,重点研究拓建施工过程中既有盾构隧道的位移和应力变化规律:盾构最大主应力沿整个隧道纵向呈"W"型分布,且土体开挖对纵向一定范围内的最大主应力影响较大,而对范围外的最大主应力影响较小,该影响范围的纵向长度是固定的,为19.5 m。前3次土体开挖对盾构隧道的最大、最小主应力影响较大,而剩余部分土体开挖对盾构隧道的最大、最小主应力影响较小。研究结果表明:利用盾构区间隧道拓建地铁车站的方案是可行的,且由于国内盾构6 m直径较为普遍,施工经验也较丰富,因此有较大推广价值。     

盾构上跨复合岩土层既有隧道管片力学分析

目前,地铁隧道采用盾构法施工趋于常态化,但传统荷载体系在复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力计算中还存在一定局限性。为解决该问题,本研究通过修正惯用法与梁-弹簧模型的优缺点,提出了关于盾构上跨复合岩土层既有隧道管片的荷载体系与计算方法,并依托长沙地铁4号线圭塘站区间隧道工程,采用有限元模型对比分析了梁-弹簧模型与本方法结果。研究结果表明:穿越盾构后,既有隧道竖向位移趋势明显,盾构隧道管片位移引起拱顶与拱底的地层被动抗力不可忽略。梁-弹簧模型夸大了盾构隧道拱底处的主动土压力,未考虑到下部岩层对盾构隧道管片切向变形抑制较弱,且其对切向弹簧的设置不合理。本方法更符合复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力情况,该结论可为类似工程提供参考。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制

为研究盾构下穿既有盾构隧道时施工参数的合理取值,以北京南水北调东干渠工程盾构隧道穿越既有地铁盾构隧道施工为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟和现场监测数据、盾构施工参数的分析,讨论了既有左右线隧道沉降存在差异的原因,总结了控制沉降的施工参数经验,阐述了既有隧道受穿越施工扰动的沉降规律,提出并验证了盾构隧道病害整治的方法.研究结果表明:受盾构施工参数的影响,既有左线隧道沉降23.9 mm,而右线仅沉降4.8 mm,沉降差异明显,但规律基本一致;盾构施工时,土仓压力调整级差不宜大于0.005 MPa,严格控制同步注浆压力在0.50 MPa,二次补浆压力在0.20~0.35 MPa,曲线段适当减缓掘进速度;已投入运营的地铁维修作业时间短,宜通过化学注浆治理管片接缝和螺栓孔处的渗漏水,压力注胶充填树脂治理道床裂缝.      

浅埋小净距后行盾构掘进控制和变形分析

为研究小净距段后行盾构掘进引起先行隧道变形的规律,验证预先施做隔离桩对控制变形的实际效果,以某国红线轻轨盾构通过Herzl街浅埋小净距为例,详细阐述后行盾构掘进控制措施。通过对监测数据和掘进参数分析对比,得出:①小净距后行盾构掘进导致先行隧道产生不均一的水平方向位移,靠近后行隧道一侧位移远大于远离后行隧道一侧;②先行隧道位移过程中依次经历缓慢变形,急剧突变,峰值持续,明显回缩和趋势稳定5个阶段;③隧道间施做隔离桩可减小后行盾构掘进对先行隧道的影响,表现为减缓位移趋势和降低位移峰值;④后行盾构掘进合理参数选择对控制先行隧道位移至关重要。     

盾构区间下穿铁路框构桥有限元计算与应力分析

沈阳地铁9号线皇姑屯站-北一路站区间为双线盾构隧道,盾构隧道左线和右线下穿兴华街铁路框构桥。采用Midas-GTS大型有限元计算软件,建立三维地层-结构模型,对盾构穿越既有框构桥施工过程进行模拟计算,分析得出盾构隧道下穿时对既有框构桥的应力影响。     

盾构隧道下穿既有地铁区间隧道变形影响分析

针对深圳地铁7号线某区间盾构隧道下穿既有地铁1号线区间实际工程,采用MidasGTS软件建立了盾构施工的物理力学模型,模拟了盾构隧道穿越既有线施工过程,预测分析了盾构施工对既有盾构区间的影响。计算结果表明,在对隧道间土体进行洞内注浆加固的条件下,盾构区间施工对既有地铁线沉降变形存在一定影响,但影响程度较小,可以满足既有线运营要求。     

MJS工法在盾构上跨隧道工程中的应用研究

以南京在建地铁7号线永初路站至雨润路站区间盾构上跨既有2 号线油坊桥站至雨润大街站盾构隧道MJS加固工程为研究对象,分别采用数值模拟和现场实测的方法制定合理加固方案,根据实测数据分析MJS桩施工扰动对隧道变形的影响并据此提出工艺参数建议值。研究结果表明:沿既有隧道纵向加固至开挖盾体外侧1.5倍洞径可满足盾构上跨变形控制要求;MJS成桩引起地层应力增大仍会导致隧道发生竖向和水平位移,但不会对横断面收敛产生附加影响。建议软土及粉细砂地层注浆压力不宜大于40MPa,倒吸水压力应达到注浆压力的50%。该加固方案及盾构超近距上跨工程案例对类似工程的设计和施工具有指导意义。     

大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术

为研究在地铁隧道掘进过程中,大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术,基于数值模拟、室内实验及实际工程分析的方法,通过数值模拟软件建立了盾构下穿高架桥各个阶段的计算模型,由室内实验得出了适用于大直径盾构的添加剂参数,并通过实际工程中盾构掘进情况的反馈,得出了适用于下穿高架桥梁的盾构掘进参数.最后通过监测点的布置、量测及分析,得出了盾构穿越引起结构变形分为4个阶段,可为类似条件下的盾构掘进控制安全管理提供参考.     

基坑开挖对下卧盾构隧道变形影响的计算分析

针对矩形基坑开挖对下卧隧道变形影响这类课题,基于Mindlin经典解,考虑了坑底残余应力及围护桩效应的影响,推导了基坑开挖卸荷作用在隧道处附加应力的计算公式.对于埋深超过1.5倍隧道外径的盾构隧道,通过在Pasternak模型上部增加一层弹簧层来考虑上覆土层对隧道的约束作用,建立起地基梁的挠度微分方程.采用有限差分的方法把隧道离散为独立的节点单元,从而求解出隧道纵向的竖向位移和水平位移,最后与有限元数值模拟、工程实测得到的隧道变形数据对比分析.研究表明:在考虑深埋盾构隧道与土体的相互作用时,相对于Pasternak模型方法,笔者方法更能反映两者之间真实的力学行为,得到的解析解更接近于数值解,与实测值吻合度也较高,证明了方法的合理性和优越性;另外,笔者方法省去了大量的建模工作,在设计方案时能够用于初步评估基坑开挖引起下卧盾构隧道纵向变形的影响.     

双线盾构隧道施工沉降影响因素分析

盾构隧道施工引发的地层沉降一直是困扰工程界的难题。以北京地铁14号线方庄—十里河站区间双线隧道为背景,构建三维数值计算模型对先后线路隧道开挖和注浆过程进行分析。采用修正的剑桥模型计算地层土体,采用刚度迁移法模拟盾构掘进过程和同步注浆的施工过程。分析了壁后注浆压力、注浆量、浆液随时间固结硬化及先后掘进施工对地表变形的影响。结果表明:合理确定注浆量和注浆压力能够有效控制地表沉降,考虑浆液硬化的沉降计算结果要大于不考虑硬化因素的结果;在最优注浆压力和注浆量的条件下,用体积应变法模拟注浆并考虑浆液硬化的计算结果更与现场监测值非常吻合;后期线路施工不仅引起地层进一步沉降,还增大了先施工隧道的结构变形。     

地铁盾构隧道穿越既有铁路隧道的数值模拟

以无锡地铁某盾构隧道区间穿越既有铁路隧道为工程实例,基于Ansys数值软件建立3维力学模型,从盾构隧道施工过程中的盾构推力、注浆压力、施工工况、相邻隧道间距4个方面对盾构隧道施工引起的既有铁路隧道的结构变形和受力规律进行了数值模拟,并分析了既有隧道变形的机理和影响因素。