基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算

在盾构掘进过程中,由于刀盘的挤压作用,土仓压力不等于掘进面土压力。为研究二者的关系,提出基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算方法。建立模拟盾构掘进的ANSYS三维模型,结合盾构前方土体(或构筑物)的实测变形数据,调用ANSYS优化分析模块计算盾构掘进面土压力。该方法的适用区域为:位移监测点位于主要受掘进面土压力挤压作用区域的土体内。以上海地铁7号线上行线隧道斜下穿既有地铁2号线下行线隧道盾构施工工程为例,采用该方法对掘进面土压力进行计算分析。结果表明:该方法在本工程中的适用范围为盾构掘进刀盘距既有隧道中心线6～18m的区域;掘进面土压力约为土仓压力的1.17倍。     

土的侧向压力对盾构隧道衬砌圆环内力的影响

通过采用荷载结构模式中连续的自由变形圆环法，对某城市地铁区间隧道衬砌圆坏内力的计算，发现土的侧抗力、侧土压力值对内力影响很大，特别是对弯矩的影响，这将对工程造谷产生很大影响，提出如将抗力系数取为实验值1／4到1／6，或土压力系数稍高于静止土压力系数，将侧向抗力和侧向土压力综合考虑，内力计算结果将是合理的。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

双线盾构隧道与联络通道复杂结构受力分析

针对双线盾构隧道与联络通道组成复杂形式空间结构，选取了结构与围岩连成的三维数值模型，进行受力影响计算分析。重点研究了盾构隧道与联络通道之间开口大小和连接方式对结构内力的影响，研究结果表明，减小开口大小以及改变“刚接”为“搭接”的连接方式，能显著降低结构内力，提高结构安全度，这一结论直接指导了广州地铁2号线的变更设计。     

地铁联络通道施工力学特性分析

以深圳地铁2号线盾构隧道工程的联络通道为工程依托,针对双线盾构隧道与联络通道组成复杂空间结构,选取了结构与围岩连成的三维数值模型,进行受力影响计算分析.研究结果表明:由于联络通道的施工,使盾构隧道的变形由对称变形转为不对称变形,并使得交叉部管片产生了应力集中现象,导致开洞侧管片及联络通道结构自身产生上下截面整体受拉的不利受力形式.整个结构的受拉区为联络通道下半部分及接口周围部分管片,设计与施工应高度重视此部分的结构受力和防水.     

卸载工况下盾构隧道结构承载能力的试验研究

在盾构隧道运营过程中,隧道侧部出现的侧压力卸载会对隧道结构的变形产生影响,进而影响到地铁盾构隧道的正常运营。为解决此问题,必须对卸载工况下的盾构隧道的极限承载能力及管片结构的受力状况进行研究。研究的首选方法是足尺试验。对卸载工况下盾构隧道结构承载能力进行了足尺试验,记录了试验现象及相关破坏形式,并分析得到了盾构隧道结构在卸载工况下的受力机理及关键性能点。     

越江地铁隧道土压平衡盾构施工土压力分区研究

在江底进行地铁盾构施工,若土仓压力控制不当,会使江水涌入掘进面,带来很大危险.为降低盾构越江施工的风险,以杭州地铁1号线盾构隧道越江工程为背景,根据该区间工程的线形、地质水文特点及周边环境的情况,将盾构越江段分为6个区段,并分析了各区段的特点.在试验段施工参数实测数据分析的基础上,根据越江段的分区情况和施工环境等条件,提出了越江段的土仓压力合理设定值为0.15～0.38 MPa.越江段土仓压力实测结果为0.21～0.52 MPa,土仓压力实测值与理论值的比值为1.08～2.17.通过对土仓压力进行分区研究,为土压平衡盾构顺利穿越钱塘江提供了一定的技术参考,也可为其他越江盾构工程提供借鉴.     

深大基坑施工对既有地铁盾构隧道结构影响的监控

南京河西地区地质条件差,地下水丰富,深大基坑施工对周边既有运营地铁盾构隧道结构和列车运营安全有重大影响。文章在分析深大基坑施工对南京某运营地铁盾构隧道影响的基础上,提出了针对盾构隧道结构病害、结构变形以及关键设备等方面的系统性监控措施,取得了良好效果。     

土压平衡式盾构周围的土压力分析

以上海市轨道交通6号线滨州路站—成山路站土压平衡式盾构隧道为实例,利用岩土工程专用软件FLAC3D进行了盾构法隧道开挖中盾构正面、侧面和下部土体中土压力的计算机模拟计算;详细计算了在盾构逐步推进过程中土压力的动态变化情况。计算结果与实测结果比较吻合,表明建模过程和计算方法是正确合理的。     

非连续模型下桩基对既有盾构隧道变形的影响

基于非线性接触理论,在管片间简化设置挤压与摩擦关系模拟管片接头结构,以贵州省某市实际工程为背景,建立非连续接触盾构隧道模型,分析桩基施工与承载阶段对既有盾构隧道变形的影响。研究结果表明：本工程中,桩基承载阶段对土体竖向的主要影响范围约为桩径的15倍、桩长的1.7倍,对土体侧向的主要影响范围约为桩径的5.5倍、桩长的0.6倍。综合变形较大值主要集中在拱顶、拱腰以及拱底处,盾构隧道在非连续模型下受力变形时,管片间出现明显错台,这表明本模型能较好地模拟出既有盾构隧道在桩基施工承载时的受力变形。桩基施工阶段,竖向变形最大值出现在拱顶部位,约为0.21mm。桩基承载阶段,竖向变形最大值仍出现在拱顶部位,约为0.73mm,盾构隧道在竖向变形上主要受桩基承载阶段影响。桩基施工与承载阶段,横向变形最大值均出现在线内拱腰处,分别约为0.21mm与0.23mm,横向变形值增量不大,盾构隧道在横向变形上主要受桩基施工阶段影响。     

公轨合建大直径盾构隧道车辆振动响应数值分析

对于大直径水下盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性及地基稳定性具有重大意义。以三阳路公铁合建长江隧道工程为背景,采用2.5维数值计算程序对三阳路长江隧道段典型断面处进行计算分析,研究地铁振动荷载和汽车振动荷载耦合作用对隧道结构及隧道下覆粉细砂层稳定性的影响。计算结果表明:(1)在地铁振动荷载与汽车振动荷载联合作用下,隧道衬砌结构的位移振动响应量值及受力情况均较小,振动荷载不会对衬砌结构自身产生不利影响;(2)列车和汽车车队耦合荷载引起隧道下覆饱和粉细砂层超静孔隙水压力在隧道正下方衰减较为缓慢;(3)隧道下覆饱和粉细砂地层由正常的地铁振动荷载及汽车荷载激发的超静孔隙水压力不会超过1 kPa,在正常地铁荷载及正常汽车荷载单独作用或联合作用下,该饱和粉细砂地层能够保持稳定,不会发生液化失稳。     

盾构下穿施工对高铁连续梁桥沉降和变形的影响

以南京地铁机场线盾构隧道近距离穿越高速铁路连续梁桥为背景,通过现场监测和有限元计算,研究盾构下穿施工对桥梁上部结构的影响。研究结果表明:由于盾构隧道所处的地层较好、埋深较大,且盾构隧道施工对于地层的扰动较小,所以盾构隧道施工对于桥梁下部结构的影响很小;由盾构隧道施工引起的梁体附加变形很小,均满足控制要求;盾构隧道施工引起的桥梁附加内力既对桥梁的受力起到好的作用也有不良作用,且附加力的量值很小,不会对桥梁的正常使用产生影响。     

类矩形盾构隧道与圆形盾构隧道振动特性对比分析

以宁波地铁3号线一期工程采用的类矩形盾构隧道为研究背景,分别建立类矩形盾构隧道和圆形隧道有限元模型,并对两种隧道结构的振动特性作了对比分析。研究结果表明:与圆形盾构管片相比,类矩形盾构管片自振频率更高,对控制管片结构与轮轨振动的共振更为有利;无论是道床中心、隧道壁还是线路正上方的地面位置,类矩形盾构隧道的振动水平均要小于圆形盾构隧道;当振动由隧道壁向地面传递时,圆形盾构隧道的振动衰减得更快;考虑地铁设计选线因素,在地面建筑敏感点位置,类矩形盾构隧道可以减少Z振级3～6 dB。类矩形盾构隧道在自身结构和线路规划等方面对地铁振动的控制均具有优势。     

某地铁盾构隧道破损机理分析及加固设计

地铁盾构隧道建设规模不断扩大,已建及在建盾构隧道破损事故时有所闻。盾构隧道加固技术研究成为地铁隧道施工及运营的重要课题。针对某地铁盾构隧道破损工程实例,在隧道破损机理分析的基础上开展加固设计工作。破损机理研究表明:该地铁盾构隧道病害产生的主要原因为商业项目基坑施工诱发地铁隧道侧方土压力卸载和隧道侧方地层抗力降低所致。盾构隧道加固设计应遵循"先急后缓,里外兼修"原则,执行刚度、耐久性修复标准,并满足后期运营结构安全性及耐久性要求。     

盾构法地铁隧道施工引起的地表变形分析

以南京地铁1号线许府巷—南京站区间隧道为背景,结合现场监测数据及各项掘进参数设置,对土压平衡盾构在富水饱和粉土、粉砂夹细砂、粉细砂地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析,并使用有限差分法程序FLAC3D对考虑盾构施工工序、地下水位、土仓压力和注浆等因素的地表变形进行模拟计算分析。实测分析结果表明地表变形特征为:沉降速率大,测点最大沉降速率在-12~-15 mm.d-1之间;地层稳定快,盾尾脱出2~3 d后地层即趋于稳定;影响范围小,盾构掘进对隧道纵向地表的扰动在刀盘前方约10 m至盾尾后方16~20 m的范围内,横向地表沉降主要分布在隧道中心线两侧各5~7 m的范围内,地表距中心线20 m以外几乎不受影响。模拟计算地表沉降分布结果与实测数据基本吻合。     

模拟盾尾空隙影响的盾构隧道实验研究

本介绍实验确定施工阶段考虑盾尾空隙影响的作用在盾构隧道上的外部压力。本项实验研究主要作了满足相似理论的大比例尺模型试验。实验是在平面应变条件下进行的（即管片环模型和土体模型处于平面应变状态），此外，本也介绍了由测得的应变数据求算管片环外部压力的反分析方法。模型实验结果表明，在强度较高的土中，由于盾尾空隙能引起盾构隧道外部压力的减小，所以，需要作确定盾构隧道外部压力值的进一步研究。但要次实验结果已经证明，正在设计中用于横越东京津越东京湾公路的实际管片设计是合适的。     

上跨既有地铁盾构隧道的深基坑开挖支护技术

介绍南京火车站的站前地下广场西出口基坑上跨既有地铁1号线盾构区间隧道的深基坑支护施工方案,为降低基坑开挖的减载效应对盾构隧道管片结构的影响,采用“基坑抽条开挖、钻孔桩抗拔、深搅桩加固地层”的综合施工技术,保证盾构隧道结构的稳定.     

加泥式土压平衡盾构的土压管理

结合亮马河北路污水隧道初始掘进段，探讨了加泥式土压平衡盾构土压管理的原理和方法，提出了用综合判断设定目标土压力的方法。     

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。     

大直径盾构隧道轨下结构设计方案比选研究

京张高铁清华园隧道为国内首次采用全预制轨下结构的盾构隧道。以该工程为背景,为得出适合大直径盾构隧道的轨下结构方案,选择轨下结构全现浇、中箱涵预制两侧现浇、全预制3个方案,通过论述分析和建立有限元模型计算,从工期、施工工序、对隧道结构的影响、结构受力和变形特征、施工环境和环保要求、工程造价等方面对方案优缺点进行分析、比选。研究结论:轨下结构全预制方案在工期、施工工效、施工质量、施工环境等方面具有明显优势;全预制轨下结构在受力和变形上能够满足高速铁路的运营要求;施工实践表明,全预制轨下结构有效解决了本工程工期短、距离长、要求高的工程难点问题。