黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

地铁盾构长距离下穿对既有铁路框架桥影响的数值与实测分析

地铁盾构近接施工产生的地层扰动与变形会对既有敏感构筑物使用安全造成威胁.为分析盾构下穿施工对既有铁路建构筑物变形的影响,以长沙地铁6号线盾构长距离下穿京广铁路客货运框架桥为工程背景,建立盾构下穿施工的三维数值模型.研究不同注浆压力、土仓压力及地层加固情况下框架桥和轨道的变形受力特性,并结合现场实测数据分析盾构掘进参数的...     

岩溶区段复杂地层盾构施工衬砌变形机理研究

研究目的:地铁盾构施工过程中衬砌变形受到诸多因素影响,有必要基于数值模拟计算与施工监测数据进行机理分析。本文基于某典型地铁区段工程,对岩溶地质、复杂地层条件下的衬砌变形机理进行研究。研究结论:(1)本文对某岩溶地质复杂地层盾构施工的衬砌结构变形机理进行了分析,累计变形幅值拱底相对拱顶较大,二者整体分布在(-2.5,2.0]mm的幅值区间,皆小于变形累计变形警戒值3.0 mm,本工程类似的岩溶地层中盾构施工衬砌变形较小;(2)岩溶地层盾构施工衬砌日变形幅值拱顶一般小于拱底,拱顶日变形大于0.7 mm的概率为3.9%,拱底日变形大于1.0 mm的概率为5.8%,二者的日变形警戒值建议取1.0 mm、2.0 mm;(3)地铁盾构施工衬砌6 m以外的周边已有构筑物,对衬砌结构的变形影响不显著;周边薄弱地层对衬砌结构变形影响显著;(4)本研究成果可为岩溶区间复杂地层地铁盾构施工衬砌结构的变形机理研究提供一定的理论参考及工程依据。     

双线地铁隧道盾构施工对地层与建筑结构影响研究

地铁隧道施工会对周围地层产生扰动,引起周围地层应力的释放和调整,从而导致相邻建筑物的不均匀沉降和倾斜,严重时甚至出现失稳和坍塌,造成重大损失。文章以杭州地铁3号线隧道穿越某新建中学的盾构施工为研究对象,利用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立考虑隧道-土-锚杆-桩-建筑物相互作用的三维有限元模型,并通过三维数值模拟分析双线地铁隧道同向盾构施工引起的地层变形特性及基础与建筑物工作性状变化的规律。结果表明:盾构施工引起的地层、基础和建筑物变形较小;盾构施工前后,隧道附近桩基和锚杆的内力变化较大,建筑物梁柱构件的内力变化较小;建筑物的变形与稳定性均在安全范围内。     

盾构施工对历史保护建筑的影响及控制研究

在北京地铁8号线天桥—永定门外区间隧道施工过程中,盾构需要近距离地从历史保护建筑燕墩下方侧穿。借助数值分析软件对盾构侧穿燕墩的动态施工过程进行了模拟,研究并分析了盾构施工对地层变形、燕墩结构受力及变形的影响,在此基础上提出了相应的地层加固方案和盾构掘进控制措施。现场实测结果表明,采取相关防治措施后,燕墩结构及周边环境的变形得到了有效控制。     

粉质黏土地层盾构施工地表沉降关键参数分析与预测

基于常州地铁土压平衡盾构穿越典型粉质黏土地层59个地表沉降监测断面实测数据的统计结果,分析了Peck公式用于预测常州地铁土压平衡盾构施工引起的地表横向沉降槽的适用性,得出了预测常州地区典型地层中盾构施工引起的地表沉降基本参数的取值范围.即:地层损失率取0.10％～0.75％,沉降槽宽度参数取0.3～0.7.基于盾构机对土体作用的力学模型,得到了盾构掘进时的地层位移场的解析解,并与监测数据对比,给出了相关参数的取值方法.应用给出的计算参数,可以较好地预测常州地铁施工过程中及施工后引起的地表沉降.     

盾构隧道下穿运营地铁的沉降分析与控制

杭州至海宁城际铁路余杭高铁站～许村镇站区间盾构隧道下穿杭州运营地铁1号线区间隧道,竖向净距仅3.2m。需要研究合理控制盾构掘进地层损失率,保障地铁运营区间隧道的沉降值在安全允许范围内。为此利用FLAC3D三维有限元软件计算分析了盾构隧道施工对运营地铁区间的沉降影响。研究结果表明沉降量与地层损失率密切相关,严格控制施工过程中的地层损失率在5‰以内,可减小对已运营地铁隧道变形的影响。施工监测数据结果表明,沉降分析及控制要求是安全合理的。     

黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术

研究目的:黄土地区某城市地铁2号线盾构施工下穿既有陇海铁路线是一个盾构施工中的I级风险源,为保证地铁盾构施工安全下穿陇海线路,开展了盾构施工穿越既有铁路的变形控制技术研究,以为盾构安全施工提供技术支撑。研究结论:(1)黄土地区地铁盾构下穿既有陇海线路的地表沉降规律:不采取控制措施盾构施工时,路基右线隧道轴线正上方的沉降量为20.48 mm,左线隧道轴线正上方的沉降量为12.85 mm,左右线隧道的轴线上的沉降量均超出了沉降允许值;采取严格控制土压力、盾构匀速通过、严格控制注浆量、减少盾构推进方向的改变等减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施盾构施工时,右线隧道轴线正上方的沉降量为5.44 mm,左线隧道轴线上方的沉降量为4.95 mm,均小于变形允许值。(2)FLAC计算预测的变形规律与实际值基本一致,地表和铁路路基的变形量在允许范围内;减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施合理有效。(3)该研究成果可应用于黄土地区地铁盾构下穿铁路施工变形控制。     

盾构侧穿桥梁基础的施工影响分析及其控制研究

北京地铁8号线天桥站一永定门外站区间隧道施工过程中,盾构需要于K34+ 422.094 ～+ 534.308处近距离侧穿永定门西桥,穿越段地层以砂卵石地层为主.隧道在施工至K34+ 506.308里程时,距永定门桥最近处仅9.2m,施工对桥梁影响较大,故有必要对盾构施工引发的桥梁结构安全进行评估.根据对盾构侧穿桥梁基础施工过程的动态模拟分析,得出了盾构穿越施工导致地层和桥梁结构变形过大的结论.鉴于此,提出了在靠近桥梁一侧的左线盾构隧道周围采取局部注浆的加固方案和对盾构掘进参数管理的控制措施.进一步的计算分析和现场实测结果表明,按上述工程措施施工,地层和桥梁结构变形均得到有效控制,从而确保了本工程的顺利施工,并为今后类似工程提供了借鉴和参考.     

盾构法施工的环境保护技术

结合上海近年来在城市软土密集区盾构穿越施工的实践,对盾构穿越危险房屋、上方及下方穿越运营地铁的施工风险,以及变形控制标准与预测分析方法、土压力、注浆等关键施工工序及参数的控制细节进行了阐述和总结.明确提出:严格的地层损失率限制标准及强有力的监控手段,是化解盾构施工中各种风险的根本;针对特殊地质及环境条件下的盾构设备选型及相关工艺水平的改进与提高,是控制风险的决定性条件.     

城市轨道交通盾构同步注浆国内外现状及发展

同步注浆工艺作为盾构施工中的重要环节,其注浆效果对盾构掘进中的沉降控制与及时包裹管片起到重要作用。针对壁后同步注浆的作用进行分析,系统总结同步注浆浆液类型与要求,对比分析3种常用浆液优缺点,结合工程实际需求探讨浆液需求及发展方向。统计国内已建35个地铁盾构施工案例,分析地铁施工采用盾构机类型及管片尺寸,简要分析盾构隧道同步注浆中的热点问题并展开讨论。研究结果表明:浆液种类需根据地层条件进行选取,国内盾构隧道施工过程同步注浆采用单液浆(惰性浆液、可硬性浆液)较多,盾构隧道施工同步注浆双液浆开始逐渐推广,国外盾构隧道施工同步注浆已逐渐向双液浆转变;壁后注浆准确探测与评价对于注浆效果的反馈与地层变形敏感地区至关重要,相关研究有待进一步加强;在含水量大于30%的地层、渗透性极高地层、软弱不均地层且周围近距离穿越建(构)筑物,对沉降控制要求较高的工程中,建议采用双液浆同步注浆施工或辅以克泥效特殊浆液进行施工。     

土压平衡盾构水下始发段掘进参数对地表沉降的影响分析

以广佛环线沙堤隧道为工程依托,利用有限差分软件FLAC~(3D)研究了土压平衡盾构水下始发段掘进参数对地表沉降的影响,并结合现场实测数据分析盾构掘进过程中地表沉降和邻近建筑物变形的变化规律。结果表明:地表沉降与土压平衡盾构掘进参数密切相关,增大土舱压力与注浆压力可以减小地表的沉降,但掘进参数的调整存在合理范围,超合理值后过沉降的控制效果变化不明显;现场实测数据表明:土压平衡盾构施工引起的地表沉降及建筑物变形行为由前期扰动、通过扰动、停机影响、后期扰动4部分组成,其中停机对地表沉降影响很大,因此施工中需尽量避免停机并提前做好防范措施;实际采用的掘进参数仍有一定的调整空间,施工中应根据地层情况及时调整相关的掘进参数以减小施工影响。     

基于复合地层表征参数的盾构隧道地面沉降预测分析

隧道盾构掘进过程中,复合地层围岩的特殊性质通常难以明确地量化表征,却对地面沉降影响甚大。针对这一问题,引入地层复合指数作为描述复合地层特征复杂程度的表征参数。依托某工程隧道地层组段的多项物理力学参数的数据特征,提出将复合地层变形模量的加权变异系数设置为地层复合指数;应用有限层法理论,分析复合地层中盾构掘进的有效推力、水平位移以及地面沉降的理论计算值与复合指数的关联性;同时,结合盾构掘进贯入度,通过数据拟合得到地层复合指数、贯入度、地面最大沉降值三者之间的关系式。工程实例验证表明,地层复合指数可以有效预测复合地层的盾构隧道地面沉降。     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

R/S分析法在盾构下穿机场过程中的地表变形规律研究

为保证机场的正常运营,在盾构下穿机场的施工过程中,对地表沉降变形控制的要求较高,因此对穿越过程中的施工控制和变形规律研究具有重要意义。首先,基于盾构下穿机场的工程条件,分析盾构下穿过程中的风险,并提出相应的控制措施;同时,根据现场监测数据,分析盾构下穿机场过程中的地表沉降变形规律,并利用R/S分析法对地表沉降的发展趋势进行研究。结果表明:盾构施工引起的机场地表变形均在控制值范围以内,且各监测点在不同序列条件下的Hurst指数均大于0.5,具有沉降持续减弱的趋势,验证下穿过程中风险控制措施的有效性,为类似下穿机场的盾构施工提供一定的实践经验,也为盾构施工引起的地表沉降变形规律研究提供参考。     

数值分析结合自动化监测技术在地铁下穿工程中的应用

为确保地铁双线盾构隧道长距离平行下穿既有建筑物的安全,采用FLAC3D有限差分软件建立模型,获得施工过程中地铁盾构隧道所引起的该建筑结构的变形规律及影响范围,并提出针对性的监测方案。结果表明:(1)根据理论计算及实际监测,盾构隧道施工对既有建筑结构的影响范围为隧道上方及两侧20 m横向范围,因此应对该范围内的建筑结构进行重点监测;(2)为降低由于盾构施工造成的地层损失,及时对区间下穿既有建筑段下方隧道拱部管片外侧地层进行二次注浆加固很有必要,通过监测可知,该建筑结构最大绝对沉降值约为9.5 mm,最大差异性沉降值为10.5 mm,均满足评估单位给出的安全指标;(3)采用自动化监测手段,实时掌握建筑物的变形数据,通过调整盾构推力、土仓压力、掘进速度等掘进施工参数,最大程度降低对既有建筑结构的扰动。     

大直径盾构隧道在北京地铁工程中的应用

介绍北京地铁14号线某段采用内径9 m大盾构隧道的情况,阐述隧道直径确定、线路选取、管片设计、盾构机选型的依据,结合已完成段的大盾构沉降规律、车站区间结合方法等实际施工经验,总结北京地铁采用大直径盾构的成功经验和需要改进之处,对地铁大盾构的推广应用提出建议。     

南京地铁盾构掘进施工的三维有限元仿真分析

论文依托南京地铁区间盾构隧道工程,建立了模拟盾构机(包括刚度、自重、推力)前行掘进隧道的三维有限元力学模型,在此基础上,研究了随盾构顶进引起的地表沉隆变形以及隧道围岩、管片变形,研究结果为南京地铁区间盾构隧道工程的施工及监控量测提供了参考。     

盾构下穿引起的既有线路轨道变形与列车运营作用研究

地铁盾构下穿既有高铁线路施工时会对既有地基产生扰动,引起地层不同程度的沉降、路基下沉、轨道结构变形等病害,不仅对隧道和周边环境的安全产生不利影响,严重的会造成既有铁路破坏,影响线路的正常运营,给乘客带来安全隐患。利用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路基-下穿隧道有限元模型分析了盾构施工对既有线路轨道结构的影响,并结合高速铁路结构间的相互作用关系,基于车辆-轨道耦合动力学理论对盾构下穿引起的线路变形、轨道结构层间离缝与列车运行相互作用进行了分析。     

基于应力释放的大直径盾构隧道地表沉降分析

在城市环境及复杂地质条件下修建盾构隧道极易出现地面沉降塌陷,盾构隧道开挖引起的地表沉降分析与控制尤为重要。为了探究大直径盾构隧道地表沉降规律,以京张高铁清华园大直径盾构隧道为工程背景,基于应力释放及地层损失理论,首先运用有限差分软件建立二维模型,得到盾构掘进开挖的应力释放率;然后基于此建立三维数值模型,通过Peck公式反算得到清华园隧道盾构掘进引起的地层损失率,通过4种不同工况的模拟,对比分析不同掌子面释放系数、盾构机反力释放系数及脱空层模量缩放系数情况下的盾构隧道地表沉降规律,得到盾构施工现场导致的地层应力释放系数为0.12～0.14,相应的地层损失率为0.40%～0.47%;隧道轴线两侧20 m(1.6D)范围内为显著影响区,地表沉降主要发生在盾构通过这个阶段,约占总沉降量的50%。