砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究（双语出版）

针对隧道工程中新建隧道小角度斜下穿既有隧道工程中亟待解决的难题,以西安地铁1号线二期张家村-后卫寨区间左线盾构下穿既有1号线出入段线为工程依托,通过现场调研、数值模拟和现场监测等方法进行施工参数对轨道既有隧道和轨道高差的沉降规律（重点进行对轨道高差的控制）研究。选取土仓压力、注浆压力、注浆量等施工参数,其中注浆量用注浆厚度间接体现,构建三维数值计算模型,并对结果进行分析,依据分析结果给出合理的盾构施工参数建议值,在此基础上进行现场监测,验证给出的施工参数建议值对轨道高差的控制效果。研究结果表明：随着土仓压力、注浆压力的增大,既有隧道的沉降和轨道高差不断减小,当其土仓压力超过0.10 MPa、注浆压力超过0.22 MPa时,既有隧道沉降和轨道高差控制效果不再明显提高;既有隧道沉降和轨道高差随着注浆厚度的增大而减小,其与注浆厚度均近似呈线性关系,因此适当增大注浆范围是控制既有隧道沉降和轨道高差的有效方法;确定的施工参数建议值为0.10 MPa（土仓压力）+0.22 MPa（注浆压力）+0.23 m（注浆厚度）;通过现场监测,既有地铁隧道道床上C,B,G,F四条测线上最大沉降量均在6 mm左右（小于20 mm）,最大轨道高差为1.2 mm（小于4 mm）,均小于规范所要求的控制值,表明以上施工参数建议值对于既有隧道沉降和轨道高差起到了很好控制效果。     

软硬不均地层盾构近接下穿施工掘进参数优化分析

盾构法修建城市地铁时,盾构掘进参数对于控制地表沉降、保证施工安全等具有重要影响。以深圳地铁7号线盾构隧道下穿既有2号线为工程背景,针对在软硬不均地层情况下盾构隧道下穿既有隧道及过街通道,运用ABAQUS建立三维计算模型,对盾构施工进行全过程模拟及掘进参数优化分析。研究结果表明:①土仓压力及注浆压力对过街通道沉降相对于地表影响较大,施工过程中应当注意对过街通道底部进行监测;②对于软硬不均地层盾构下穿既有隧道及过街通道采用0.30~0.40 MPa土仓压力以及采用0.25~0.30 MPa注浆压力施工较为合理     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工参数研究

盾构法施工时，为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全，运用三维数值有限元软件，考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响，多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应，判定上部交叉运营地铁隧道所受影响。工程实际中对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果，选取在注浆压力0.30~0.36 MPa与土仓压力0.10~0.13 MPa下施工，盾构隧道穿过运营隧道后，运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm，符合规范要求，运营隧道安全。     

地铁隧道长距离下穿高速公路施工扰动影响及控制技术研究

以某地铁双线盾构隧道下穿高速公路路基工程为研究背景,基于FLAC~(3D)软件建立下穿隧道三维有限差分计算模型,研究盾构隧道长距离下穿高速公路路基段施工对路基的扰动影响规律,并分析袖阀管注浆加固对路基变形的控制效果,得到合理的加固参数,基于现场实测数据分析了加固措施的有效性,研究结果表明:双洞隧道施工过程中路基最大沉降会由先行洞侧逐渐往后行洞侧隧道上方偏移,最大沉降值远超规范允许值,需采取有效路基保护措施;注浆加固对减小路基沉降效果较为明显,增大路基加固厚度对于控制路基沉降存在"极限值",当加固厚度超过极限值时继续增大加固厚度对路基沉降减小作用不明显,加固厚度10m为加固"极限值";隧道施工完成时路基沉降约14.55 mm,路基沉降在安全可控范围内。     

盾构下穿既有地铁区间隧道沉降控制研究

为探究既有区间在新建隧道盾构下穿过程中施工沉降控制方法与既有结构沉降变化之间的关系,依托深圳地铁10 号线岗厦北站—莲花村站区间(以下简称岗莲区间)左线隧道盾构下穿既有2 号线工程开展既有结构变形监测,结合现场监测数据,建立模拟隧道施工的计算模型,分析得到既有结构在下穿过程中变形与下穿施工控制方法间的关系。研究表明: 1)同步注浆等施工控制方式对既有结构初期变形影响较大,二次注浆对变形稳定时间及大小影响较大; 2)下穿过程需重视盾构土舱压力的维持,并采取保压措施,在较高水平上维持土舱压力,保持刀盘前方水土; 3)管片脱出盾尾后及时二次注浆,充分充填壁后空隙,在既有结构沉降较大时应及时二次注浆进行补救。     

地铁盾构隧道下穿宁启铁路的变形影响规律及控制技术

地铁隧道在下穿既有铁路时,保证其安全运营是施工中的关键问题之一。为保证南京地铁S8线某段盾构隧道下穿宁启铁路桥涵的安全,通过建立FLAC三维数值模型进行计算分析,并将监测结果和计算结果进行对比分析,得出以下结论:1)盾构下穿期间,在对地层进行水泥注浆、加固土体的同时,还应加强同步注浆和二次注浆,设定施工控制区域,并将盾构施工参数精确到每一环。2)地层加固前后的地表变形规律,采取加固措施可以将地铁下穿带来的铁路沉降影响降至0.7 mm。3)根据现场情况制定了地表变形监测方案。结果显示,路基地表沉降较之桥涵沉降值显著一些,但仍处于安全范围之内。     

土仓压力对隧道近接既有隧道盾构施工影响分析

针对水底隧道平行近接既有隧道施工的情况,以长沙地铁4号线下穿湘江近接南湖路隧道工程为依托进行三维数值模拟分析,探索近接施工中盾构机土仓压力对新建隧道及既有隧道的影响。结果表明,盾构土仓压力越大,地表最终沉降越小,推进过程中要选择适当的土仓压力,不宜过大也不宜过小;盾构开挖对周边土体扰动产生的附加应力场基本以隧道中心为对称轴对称分布,随着离中心距离的增大沿两侧逐渐减少,盾构土仓压力增大则引起的附加应力也增大;随着盾构土仓压力的增大,既有隧道管片变形增大,不利于既有隧道结构的安全。     

复合地层盾构上方建筑物沉降特征及原因

以深圳地铁某线盾构下穿既有房屋为依托,结合既有房屋的建筑沉降监测值和出渣量、同步注浆量、土仓压力、掘进速度、推力等施工参数,分析辅助气压式土压平衡盾构在卵石-风化花岗岩复合地层下穿期间砖混结构建筑物的沉降特征及原因。盾构刀盘通过比盾尾通过引起的建筑物沉降值大,盾构从桩基中间下穿比从端头下穿引起的沉降值和影响范围大,盾构在下穿2号楼期间出现了出渣量超方,致使桩基所处地层松动和房屋沉降。由数据分析可知:出渣量超方有两方面原因:①土仓于停机期间排土却没有及时补充辅助气压,使开挖面失稳;②盾构所穿强-全风化花岗岩地层的增多造成掘进速度降低,刀盘对地层扰动的增大加剧了开挖面卵石层的塌落。     

盾构下穿既有隧道扰动效应分析

新建隧道盾构下穿既有隧道易引起既有隧道结构产生附加沉降和内力,严重时会影响既有隧道的正常运营。为研究新建隧道开挖对既有隧道的扰动效应,以杭州某盾构下穿工程为背景,采用有限差分软件构建新建隧道盾构开挖模型,计算得到既有隧道结构沉降及内力变化,并分析不同盾构推力、两隧道距离及新建隧道覆土厚度对既有隧道的扰动规律。结果表明,新建隧道施工造成既有隧道不均匀沉降率达0.05%,超过规范要求,应采取相应加固措施;既有隧道最终沉降值随盾构推力、两线距离及新建隧道覆土厚度增加而减小,增大盾构推力会引起开挖过程中既有隧道隆起变形增加。     

考虑盾壳与土体摩擦力的盾构下穿既有地铁隧道施工控制研究

摩擦力是盾构下穿对既有结构施工力学行为影响的重要因素。为明确盾构下穿过程中土舱压力、注浆压力、摩擦力对既有隧道变形的影响规律,给出合理的施工技术参数,考虑盾构自重及土压力分布特征,推导了摩擦力计算公式,分析了摩擦力分布特征,将此计算结果通过Fish语言写入FLAC3D有限差分软件,结合实体工程,对盾构下穿既有地铁隧道施工技术参数进行了系统研究,并通过实测数据验证了研究成果的可靠性。研究结果表明:1)盾壳与土体之间的摩擦力沿盾壳四周不均匀分布,量值随土体内摩擦角、重度及隧道埋深的增大而增加;2)盾构下穿过程中,既有结构竖向位移表现为先隆起、后沉降,其中土舱压力、摩擦力是造成既有结构隆起的主要原因,隆起量随土舱压力、摩擦力的增大而增大;3)盾尾脱离后既有结构沉降主要受注浆压力、摩擦力的影响,沉降量则随注浆压力的增大、摩擦力的减小而减小;4)与不考虑摩擦力的数值计算模型相比,考虑摩擦力的模型计算结果与工程实测数据吻合更好,且既有2号线运营地铁隧道结构变形满足规范所要求的控制标准,验证了研究成果的合理性与适应性。     

盾构隧道交叉近接运营地铁隧道无线监测及反馈技术研究

以长沙市轨道交通3号线灵官渡站至侯家塘站盾构区间近距离立体交叉下穿运营中的地铁1号线为工程背景,对无线监测技术及其相应的反馈分析进行了研究。研究中对盾构掘进参数、无线监测特点及方法、监测断面及监测点布设等阐述的基础上,采用自动监测、无线传输技术对运营中的长沙地铁1号线盾构管片的变形、轨道板横向沉降差进行实时监测,并对监测数据进行反馈分析。通过研究得到盾构掘进中土仓压力控制在1.0~1.3 bar、注浆压力控制在3.0~3.6 bar时,各监测断面的收敛变形及轨道板的横向不均匀沉降均在0.5 mm以内,远小于《城市轨道交通结构安全保护技术规范》规定的预警值,说明在该盾构掘进参数控制下运营中的地铁1号线区间隧道处于安全状态。     

软土地区盾构下穿施工对铁路路基影响分析——以杭州地铁2号线某区间现场监测为例

盾构隧道下穿施工,将对既有铁路路基产生一系列不利的影响。当盾构引起的路基位移超过承载能力,将导致铁路轨道产生过大的弯曲及扭曲变形,从而影响列车运行的平顺性和安全性。结合杭州地铁2号线某区间隧道下穿既有铁路路基工程现场监测数据,分析在盾构下穿施工过程中列车轨道、路基坡脚及路肩的位移变化规律。实测结果发现： 1）监测点沉降变化与盾构的相对位置密切相关,可划分为盾构到达前、盾构穿越及盾构通过3个阶段; 2）盾构到达前,当盾构土压力大于静止侧向土压力将引起地表隆起,反之,则产生地表沉降; 3）盾构穿越过程中将导致地表隆起位移; 4）盾构通过后,地表沉降持续发展。由于碎石路基具有一定的调节作用,使路肩隆起值小于坡脚。铁路轨道隆起整体小于同一平面路肩,是因为具有一定抗弯刚度的轨道对土体位移有一定的抵抗能力。     

铁路盾构隧道下穿新、旧高速公路桥桩保护技术研究——以广佛城际下穿佛开高速桥桩工程为例

为研究城际铁路盾构隧道下穿既有高速公路连续梁新、老桥桩群的影响并确定保护方案,以广佛城际下穿佛开高速桥桩为例,通过线路方案论证、允许变形反演分析、三维数值模拟分析及现场验证的方法,寻求线路安全位置、桥桩容许扰动沉降限制、桥梁保护方案及变形监测的规律,提出合理方案。结果表明:1)通过采用"选择线路竖向安全线位+补偿顶升+盾构微扰动掘进+管片背后补偿注浆"综合保护方案,盾构隧道下穿桥桩群是可行的;2)有限元分析可获取桥桩的允许扰动值,预测隧道下穿桥桩的变形,为安全下穿提供监测控制指标;3)盾构施工期间加强参数控制,对桥桩实施动态监测,最终桥桩沉降控制为2mm以内。     

浅埋大跨连拱隧道下穿既有建筑物施工沉降控制

根据工程类比法,采用CRD法优化厦门机场下穿34号楼隧道工程施工步骤。借助数值分析方法,分析既有建筑的沉降规律;根据现场实测及数值模拟结果,提出超前注浆、地面硬化及补偿抬升注浆、洞内全断面帷幕注浆、大管棚超前支护等多种施工辅助措施控制沉降,结果表明施工过程既有建筑结构沉降得到有效控制,最终沉降量小于40mm。     

盾构近距离侧穿桥梁及下穿公路变形规律与控制技术研究

以厦门地铁2号线区间隧道下穿天竺山立交桥及沈海高速公路施工为依托，对上软下硬地层盾构隧道侧穿桥梁及下穿高速公路施工对桥梁及路面的变形影响展开研究，采用FLAC 3D模拟不同盾构施工参数对桥梁及路面的变形影响规律，并将实测变形值与预测变形值进行对比，验证数值模拟结果的可靠性。研究结果表明：对于上软下硬地层地铁隧道盾构侧穿桥梁及下穿高速公路施工时，增加土仓压力和增加注浆层厚度可以有效减小桥梁及路面的变形量，并有效降低桥梁与路面间伸缩缝两侧的差异沉降值；通过减小地层应力释放，可以减小桥梁及路面的变形量。因此，对于上软下硬地层，通过合理设置盾构施工参数可将桥梁及路面的变形控制在其允许范围之内，这对于缩短工期和节约工程造价具有重要意义。     

地铁隧道穿越南水北调干渠施工影响分析

以郑州轨道交通2号线向阳路站-南四环站区间盾构隧道下穿南水北调干渠工程为例,利用Midas/GTS有限元软件对地铁隧道下穿南水北调干渠在未通水及通水2种工况下进行对比模拟分析,通过现行沉降控制标准,得出以下结论： 1）左右线之间间距在2倍洞径以上,可有效减少左右线隧道对干渠的叠加影响; 2）在干渠未通水的情况下,隧道在渠底覆土8 m可满足沉降要求,在干渠通水之后,下穿隧道在渠底覆土厚度建议大于12 m。从地铁隧道施工方面考虑盾构施工对南水北调干渠可能产生的影响,以期为地铁隧道下穿南水北调干渠明渠设计及施工过程中线间距、覆土厚度选择、下穿时序及盾构掘进参数提供借鉴。     

地铁区间叠线隧道下穿铁路股道施工沉降计算

以深圳地铁7号线笋岗站-洪湖站区间为研究对象,采用FLAC3D软件,对叠线盾构隧道下穿广深铁路股道施工引起的沉降进行了数值模拟计算。计算结果表明:加固前地表引起轨道沉降1.6cm左右;对砂质黏性土、全风化地层和强风化地层采用了注浆加固后,其加固范围为上下24m、左右为隧道直径的3倍,共42m,其沉降值为2.6mm,满足轨道对沉降容许值5mm的要求。     

盾构隧道下穿地道桥施工扰动效应及控制对策研究

地铁盾构隧道下穿地道桥施工过程中,对地道桥、地面、隧道沉降控制是确保施工安全的关键。该文依托长沙市地铁1号线黄兴广场站~南门口站区间盾构隧道下穿人民路地道桥工程,采用FLAC3D构建三维数值模型,探讨了盾构下穿地道桥施工过程中地表、地道桥及隧道的变形规律。结果表明:地道桥呈整体向下沉降趋势,隧道双洞贯通后,最大沉降值达到5.26 mm;隧道拱顶和拱底出现一定程度的沉降和隆起,最大变形量分别为6.24、8.65mm。最后结合工程实践提出了盾构下穿地道桥的施工控制对策。     

盾构正交下穿引起双线隧道竖向位移的时空效应分析

盾构下穿既有运营线路一直是地铁施工的重、难点,尤其是在复杂地质条件下,此类工程的施工风险将大大增加。针对南宁轨道交通3号线在圆砾层、砂层地质条件下盾构成功下穿既有1号线的工程实例,通过现场实测数据,分析了复杂地质条件盾构隧道依次下穿双线隧道过程中两条既有隧道结构竖向位移与盾构掘进各阶段的时空效应。结果表明,当盾构刀盘下穿既有线路时,既有线断面产生的沉降较小,而盾尾下穿既有线路时,既有线断面累计沉降量发展迅速;盾构后下穿下行线时累计变化量及影响范围均小于先下穿的既有线上行阶段;盾构机在刀盘距离既有线路水平距离约1D(洞径)左右开始影响既有线路。研究结果可为同类工程提供借鉴。     

盾构隧道下穿铁路框架桥施工变形规律及控制措施

隧道下穿既有建(构)筑物施工是城市地铁建设发展必然面临的重要问题。针对哈尔滨轨道交通3号线二期工程盾构隧道下穿框架铁路桥工程背景,建立了预测隧道、铁路框架桥结构变形及地表沉降响应规律的有限元数值分析方法。数值计算与现场监测结果对比分析表明：铁路框架桥较大的整体刚度对抑制下穿区域整体沉降产生了积极作用,而两侧路基段过大的地表沉降是寒区地基土体冻融造成。基于此,引入克泥效工法,改进了传统盾尾同步及二次注浆工艺,有效控制了盾构隧道下穿施工对周围环境的变形影响。