基于数值模拟的矩形隧道施工方案比选研究

为了保证隧道施工和后期运行的安全,要选择出一个普遍适用于大断面矩形隧道的开挖方案。采用FLAC3D有限差分软件对3种不同的施工方案进行数值计算,对施工过程中隧道周围岩体位移、地表沉降以及周围岩体应力变化的计算结果进行对比分析,结果表明,采用先开挖隧道两侧岩体,后开挖隧道中部岩体的施工方案在应力集中程度和地表沉降方面比其余两种方案最大可降低41.3%和9.5%;隧道开挖过程中对地表沉降影响的范围大致为隧道跨度的5倍;浅埋大断面矩形隧道两侧岩体水平位移模式为向隧道外侧位移,与一般隧道不同。最后,优选出的施工方案将为大断面矩形隧道的实际施工提供参考。     

地铁车站施工近接既有桥梁桩基础变形及地表沉降规律分析

以北京地铁6号线开挖地铁车站时近距离穿越桥梁桩基础为依托。采用三维弹塑性有限元数值模型对车站施工穿越桩基础过程进行动态模拟,分析了桩基础水平位移、竖向位移以及地表沉降的变化和分布规律。提出对桥桩进行地面预注浆的加固方案,并建立注浆加固强度分别为100,150,200,250 MPa和300 MPa的工况,分析其加固效果。结果表明:车站主体开挖是影响桩基础水平位移和竖向位移的主要施工阶段;车站竣工后,远、近侧桩竖向位移方向相反,远侧桩水平位移沿桩身呈现出两端小,中间大的规律,近侧桩则呈两端大,中间小,远、近侧桩的竖向位移沿桩身分布较为均匀;地表沉降槽在各施工阶段均以车站中线对称分布,其中拱部施工阶段引起的地表沉降值最大,约占总沉降量的48.9%;当注浆加固到100,150 MPa后,桩的最终水平位移分别减小了21.4%,28.4%,但注浆强度达到200 MPa以后对桩水平位移的进一步控制不显著,建议增加加固措施;桩的最终竖向位移随注浆强度的提高依次减小了57.7%,81.1%,92.6%,99.5%,93.7%,加固效果明显,建议注浆加固强度控制在200~250 MPa为宜。     

超浅埋地铁出入口下穿既有砖房施工技术

为了解决重庆地铁1号线歇台子车站1号出入口下穿既有2层砖房,且埋深较浅、施工难度大、工期紧张的难题,采用静态破碎开挖,尤其是结合大管棚施工、超前小导管支护、掌子面注浆、径向注浆、洞内跟踪注浆等技术的运用,成功解决了出入口隧道安全下穿地表2层砖房的技术难题,为该工程的关键技术所在。     

浅埋暗挖隧道零距离下穿既有地铁车站施工方案优化研究

浅埋暗挖隧道近距离下穿施工会对既有结构产生显著影响,解决好下穿施工引起的既有结构沉降变形问题,对城市地下交通的建设和发展具有显著意义。以北京地铁6号线东四站-朝阳门站区间隧道零距离下穿既有5号线东四站为工程背景,在施工过程中开展数值模拟与现场监测相结合的研究工作,对隧道施工方案进行优化并总结分析零距离穿越施工对既有结构的影响。研究成果表明： 1）在隧道开挖轮廓线两侧2 m内进行全断面注浆能够显著提高穿越段的土体强度,有效降低既有地铁车站的沉降变形; 2）千斤顶顶撑能够对既有结构底板提供支撑反力,不仅限制了既有结构的沉降变形,而且减小了穿越施工对既有结构的影响范围,确保既有结构的最大沉降值控制在3 mm以内。     

下穿房柱式采空区隧道变形规律与控制研究

为了探究房柱式采空区开采过程和隧道下穿采空区施工过程的相互影响,以巴准铁路敖包沟隧道为依托,采用数值方法对施工过程中围岩变形与受力随施工步变化进行模拟分析。研究表明:隧道下穿房柱式采空区时,采空区开挖造成采煤柱压缩,采空区侧壁和煤柱发生较大水平位移,影响延伸至地表2倍采煤长度范围内;隧道下穿施工引起采空区底板与顶板竖向位移进一步增大,造成3倍开采深度范围内地表沉降;采空区、煤柱和地表变形随隧道开挖步变化规律相关性较高,且隧道拱顶受采空区底板变形的影响是引起失稳的主要原因。研究结果保障了敖包沟隧道下穿采空区的施工安全。     

地下通道穿越轨道交通的施工工艺分析

针对地下通道穿越轨道交通施工易导致既有线路出现结构失稳问题,以某一地下隧道穿越既有轨道工程为对象,通过选取5个典型的施工节点来进行结构稳定性分析,利用有限元软件和工程实测值对比分析获得不同施工节点下隧道的变形位移参数,研究结果表明:随区间隧道开挖进行,地表沉降值和竖向位移不断增大;在上台阶开挖至线路正下方阶段,各测点沉降变化速率较快,占总位移量的70%。二衬施工完成后,产生竖向最大位移量,最大位移位于新建隧道左上既有车站底板中部。隧道开挖后,通过对线下土体进行注浆加固处理易使得既有线路站台整体上浮,在一定程度上有利于对后续结构整体的沉降控制,同时既有线路结构沉降集中在上导洞开挖段,当上导洞临时仰拱形成后,后续施工段对既有线的影响减小。     

基于修正剑桥本构模型的盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为了保证在我国黄土地区城市地铁盾构开挖在靠近桩基础时的安全性,降低盾构开挖对桩基础的扰动影响,基于ABAQUS数值模拟有限元分析软件,采用土体的修正剑桥本构关系,建立地铁盾构法开挖施工的三维有限元分析模型。对隧道盾构开挖过程中邻近桩基础的变形和地表沉降规律进行了计算分析。研究结果表明:隧道盾构对邻近桩基础的影响主要表现在桩基础的隧道埋深位置处,垂直隧道纵轴的水平方向(X方向)位移量上;在盾构开挖过程中,随着开挖面与桩之间距离d缩小,桩的水平方向位移逐渐增大;在d大致为[-0.5D,+0.5D]范围内时,变形最大;当d继续增大时,水平方向位移也继续增大,最终趋于稳定值。通过综合分析数值模拟计算和施工现场监测得到的地表位移变形曲线,可以发现在隧道轴线正上方位置地面的沉降最大,向隧道轴线两侧沉降逐渐减小,但在桩基附近的地表沉降相对较小,而桩顶承台也受到不均与沉降的影响产生偏移。在该隧道工程实际开挖中,需要加强承台不均匀沉降监测,以便及时采取控制措施。     

超大埋深基坑降水开挖结构安全性分析及对地表沉降影响

依托广西南宁轨道3号线埋深超过60 m的青秀山明暗挖地铁车站工程，进行了降水对地表沉降影响以及基坑开挖对围护结构安全性分析。结果表明:随着降水深度的增加，地表沉降增大，与基坑距离越近，地表沉降量越大；深基坑采用分层开挖，分层支护，围护结构的位移及横支撑的轴力均满足规范限值要求，施工安全。     

界面水条件下暗挖地铁车站埋深的合理选择

根据经验,第四系地层中暗挖地铁车站的埋深常常设置为6~8 m,若车站隧道拱部位于界面水影响范围,则车站施工采用常规支护手段难以保证安全。为了有效规避暗挖地铁车站在富水界面时的施工风险,结合北京地铁9号线军事博物馆站设计过程,通过现场抽水试验和计算分析,提出设计阶段应重视水文地质研究,选择车站合理埋深使其拱顶避开界面水影响范围,提高施工安全性。车站拱部留设的防水保护层厚度据水头高度和隧道开挖跨度确定为4.5 m;施工过程中应加强超前探测,结合探测结果设置帷幕注浆或自进式锚杆等拱部超前支护措施。埋深加大后结构钢管柱应根据受力情况进行加强。     

基坑分块开挖参数对邻近地铁盾构隧道的变形影响分析

合肥市某交通枢纽广场工程存在大面积基坑开挖,施工区域底部和侧部存在地铁4条盾构隧道下穿和侧穿,其中一条盾构隧道距离东区基坑底部4.5m,距离西区基坑侧部11.3m,且已运营,为了基坑开挖过程中对隧道结构变形进行控制,拟基坑内开挖保护区采用"双排桩+斜撑"方式支护、"分段+跳挖+底板封闭"方式开挖,该文采用数值模拟技术,通过不同开挖方案的对比分析,得到开挖参数对隧道变形的影响规律,从而确定开挖参数的合理范围。     

新建地铁线路下穿既有车站的仿真模拟分析

以青岛某即将修建的线路下穿既有车站为例,利用有限元软件对地铁结构进行数值模拟分析,研究在硬岩地区,新建线路采用型钢格栅密贴下穿及采用CRD法近距离下穿2种方案引起的既有站底板位移变化的规律。主要结论如下:1)为了避免应力集中,下穿线路应尽量避免布置在既有线中柱下方。2)随着2条线路轨面标高距离的增加,开挖引起的既有线底板沉降及最大、最小主应力逐渐减小,当2条线路之间的净距达到3 m左右时,引起的底板沉降仅0.9 m左右,为密贴下穿的14.5%;最大、最小主应力为密贴下穿的75%左右。3)施工时应加强监控量测,必要时进行换撑施工线路二次衬砌。     

拱盖法地铁车站施工沉降规律及控制对策研究

为得出适用于上软下硬特殊地质条件下青岛地铁安全开挖方法及地表沉降规律,总结出相应的控制对策,通过数值模拟结合现场实测数据,分别对上断面以左中右导洞均错开12 m平行施工、柔性支撑换作拱盖二次衬砌及下断面开挖3个阶段进行分析。总结出导洞开挖的先后顺序对地表横向、纵向沉降曲线影响的规律,得到了掌子面超前变形范围为12 m、上断面开挖横向影响半径为1.5倍洞径,及上断面开挖和拱盖与柔性支撑的换作是导致沉降的主要原因等结论;根据导致沉降的主要施工步序提出了关键加固对策,并得出了青岛特殊复合地层条件的支护方法和地表沉降经验公式。     

长春地铁1号线解放大路站一次扣拱暗挖逆作法施工地表沉降分析与控制

长春市解放大路站为地铁1号线和2号线的换乘车站,采用一次扣拱暗挖逆作法施工。为合理缩短工期,方便快速施工,将导洞开挖顺序调整为先上后下,先边后中的施工顺序。为了控制地铁暗挖车站施工风险,减少和避免地层沉陷等安全事故发生,对长春地铁1号线解放大路站车站主体施工阶段地表监测数据进行分析,得出了在东北地层条件下,采用一次扣拱暗挖逆作法施工过程中的车站地表沉降变形规律,同时从地层条件、工艺特点和工序安排等多方面进行原因分析,提出了上下层导洞层间土注浆加固、合理确定导洞施工顺序和有效划分拆除支撑段落等控制地表沉降变形的有效措施。     

既有运营地铁车站结构下换乘节点施工方案比选研究

为保证换乘节点施工安全，结合深圳地铁石厦站换乘节点实际情况，对可能出现的施工风险进行分析，提出应对风险的施工方案，并采用数值方法对不同施工方案进行分析比选。数值结果显示： 换乘节点开挖前注浆封闭止水，采用小导洞注浆+台阶法+临时仰拱分层、分块开挖等综合方案施作换乘节点是合理的。现场对既有结构的自动化监测数据显示，施工过程中3号线车站负2层中板最大竖向位移为5.6 mm，车站既有地下连续墙最大深层水平位移仅为0.6 mm，既有结构变形均远小于监测预警值。     

广州地铁三号线天五区间泵房施工技术

 地铁建设中隧道联络通道是重点之一，而在软弱地层中进行联络通道底部泵房开挖则是联络通道施工的关键。结合广州地铁三号线天—五区间二号联络通道泵房的施工，介绍了在富水软弱地层下的土体注浆加固法结合暗挖法的实际应用。     

昆明地铁重叠隧道盾构施工位移数值模拟分析

昆明地铁首期工程一号线临近昆明火车站区间采用近距离重叠隧道方案通过,其上下垂直净距仅1.8~4.0 m,盾构施工期间的地表位移对既有建筑物的正常使用将会造成影响,是地铁施工中应重点控制的关键。因此,运用PLAXIS数值软件,对设计盾构方案施工条件下的地表沉降及上下隧道关键部位的位移,进行数值模拟,以评估设计方案的可行性。对上下隧道的洞顶、洞底及隧道中心线所对应地表的位移进行了数值模拟与监测的对比分析。结果表明:在既有设计方案条件下,各处位移均小于昆明地铁监测项目控制值,可以采用设计方案中的盾构参数进行施工。     

深圳地铁11号线车公庙综合交通枢纽工程两相邻基坑开挖对下卧运营隧道的影响

以深圳地铁11号线车公庙站交通枢纽工程为研究背景,分析西端风道基坑开挖和紧邻西端风道的11号线车站基坑开挖对既有深圳地铁1号线隧道的影响,采用三维有限元软件ABAQUS对隧道无保护措施和对土体加固措施2种工况进行计算,分析基坑开挖引起既有隧道的变形规律和旋喷桩的加固效果。同时在隧道内安装自动化监测系统,对隧道变形进行实时监测,通过反馈的监测数据对隧道变形情况进行分析,确保运营隧道的安全。结果表明:旋喷桩加固可以有效地减少隧道隆起的位移。     

北京地铁8号线鼓-中区间盾构长距离穿越古建民房群沉降控制技术

为解决北京地铁8号线鼓楼大街站-中国美术馆站区间盾构长距离穿越古建民房群沉降控制及沉降监测难题,通过工程类比及理论计算,确定区间中心线两侧15 m为强烈影响区,并对该范围内房屋进行分段、分类监测。针对区间下穿、旁穿及叠落下穿民房群的不同穿越形式,采取洞内径向注浆、地表袖阀管注浆及洞内注浆结合地表袖阀管注浆等加固措施,在富水卵石层中通过进行渣土改良及同步注浆结合洞内径向注浆方式,有效地控制了地表建筑群的沉降,确保了穿越工程的顺利实施。     

天津地铁盾构隧道四线交汇掘进数值分析

为解决多条近接隧道施工时后行隧道开挖对先行隧道结构造成的不利影响,以天津地铁5、6号线四线交汇隧道为研究对象,选取典型复杂断面,采用数值软件FLAC3D,模拟富水地层中四线交汇隧道开挖时隧道结构之间的相互影响规律。结果表明： 该复杂断面处,后行隧道施工使先行隧道整体位移具有偏向开挖隧道移动的牵引趋势,且先行下部隧道竖向整体位移较横向整体位移变化更为显著。在渗流作用下,先行下部隧道施工产生的地表沉降量及沉降范围相比后行上部隧道较大,验证了富水地层中渗流作用对土体变形影响程度及范围均远大于开挖应力释放的影响。     

管棚夯管法施工对周边环境影响分析

管棚夯管法施工对周边环境的影响不容忽视,诸如管棚施打和注浆时,所引起的噪音、振动、地层和既有结构的隆沉等不利影响。以浅埋暗挖法下穿既有运营车站施工为例,对管棚夯管法施工对周边环境的影响进行了监测、分析。结果表明:1)夯管法施工应采取"间隔施打,先中间、后两侧,先下排、后上排"的顺序进行,并控制注浆参数,从而可有效控制管棚施工对地层、既有车站变形、轨道沉降的影响程度;2)管棚的夯打和注浆直接影响既有结构和轨道的隆沉;3)管棚施工过程中,地层产生微小沉降,而既有结构表现为整体隆起。