地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析

以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景,考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序,运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟,并与现场测量数据进行对比分析.结果表明:先施工的右线隧道掘进完成后,隧道上方各层土体越靠近地表,盾构施工引起的地层竖向变形越小,而地层的沉降槽宽度越大,地表沉降槽宽度系数为0.56;近距离双隧道同向先后开挖时,土体相互扰动,地层距离隧道轴线的高度越小,地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显,岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别;两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形,此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用,易出现裂缝,故在施工中应做好切实的防护措施;监测结果验证了数值模拟方法的正确性,在盾构掌子面距离监测点12 m范围内,地表沉降发展得较快.     

滨江软土地层逆作法深基坑变形及控制研究

以某滨江软土地层逆作法深基坑为依托,利用有限差分软件对该基坑进行了数值仿真,结合监测数据对不同开挖深度下地连墙、内支撑轴力及基坑外土体沉降的变化规律进行了较为系统的研究。逆作法基坑地连墙的水平变形随开挖深度近似呈"弧形"分布,水平位移最大值出现的位置在基坑开挖面底部,与顺作基坑的变形规律区别较大;基坑开挖影响范围较大,距离基坑开挖深度2倍的地表也能受到基坑开挖的影响,地表监测点的沉降趋势及沉降曲线形态类似;该模拟方法及变形监测所得规律可以为类似基坑工程提供科学指导和理论依据。     

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。     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

温州市域铁路明挖深基坑施工变形规律实测研究

软土城市地区,轨道交通明挖深基坑开挖引起的变形效应是工程建设过程中的一项重要控制内容。本文依托温州市域铁路某标段明挖深基坑工程,基于现场实测,分析了深基坑施工影响效应的地表沉降、立柱轴力、土体和墙体水平位移等因素。分析结果表明:地表沉降变形在深基坑开挖后开始加速,至底板混凝土浇筑完成后,地表沉降速率开始减缓,但累计沉降依然在增大。在深基坑开始开挖的一个月之内,土体深层水平位移变化非常明显,随开挖深度逐渐增大,在深度为13 m附近达到最大值,随后土体深层水平位移随深度的增加而减小;连续墙墙体的水平位移变化趋势基本上与土体深层水平位移一致;深基坑周边建筑物在基坑施工初期沉降较小,后期距离深基坑位置越近,建筑物累计沉降越大。     

长大深基坑施工围岩动态变形规律

针对目前对深基坑施工围岩动态变形规律缺乏系统研究的现状,以武广客运专线上的金沙洲隧道明挖段深基坑工程为实例,建立空间有限元模型,实现了施工动态模拟;分析了长大深基坑施工过程中,各部位围岩的动态变形和分布规律,并指出了围岩变形的关键位置与施工环节。研究结果表明:坑周土体沉降在竖直方向表现为沿深度逐步减小,最大值出现在地表,但在水平方向上,沉降规律较复杂,受到围护桩自身刚度的影响,呈现为"勺"形,最大沉降位置并非出现在桩顶位置,而是离桩顶约11 m处;坑周土体水平位移随基坑开挖逐渐增大,且位移中心逐渐下移,直至开挖深度2/3处;基坑开挖后,基底产生一定程度的回弹和内挤变形,开挖深度越大,土体条件越差,变形越大。     

盾构掘进对U形槽和桥梁桩基的影响分析

为研究双线隧道盾构掘进诱发地面U形槽和邻近桥梁桩基沉降的影响及控制措施,结合成都地铁4号线下穿复杂建筑群,对盾构掘进引起土体竖向变形的公式进行推导,采用Mohr-Coulomb建立隧道-地层-桥墩基础三维实体模型,模拟开挖过程中不同工况对地表U形槽沉降及邻近桩基水平位移和竖向位移的影响,并与理论公式推导结果进行对比。研究结果表明:盾构开挖引起的沉降主要由盾构正面推力、盾构机与周围土体之间摩擦力导致的土体竖向变形等构成,模拟计算得到的U形槽最大竖向位移为14 mm,公式计算得到的最大沉降为25 mm。桥桩基模拟计算和公式计算得到的最大沉降值分别为13 mm和21 mm。公式计算考虑的因素较模拟计算多,沉降值较模拟计算大,但趋势较为接近。     

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。     

武汉长江隧道盾构施工引起的地表沉降预测

研究目的:盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,进而影响到周围建筑物和地下管线.因此,准确预测武汉长江隧道工程盾构施工引起的地表沉降对保护周围建筑物和地下管线有着重要意义. 研究结论:研究结果表明,沿隧道轴线盾构开挖面后方40 m以外,土体的沉降可以达到稳定状态,地层损失率不超过2.0%时,由于土体塑性变形引起的地表沉降占总沉降量的比例较小.     

复合地层盾构隧道施工环境影响及参数敏感性研究

含花岗片麻岩风化地层和软黏土地层的复合地层给工程实际施工带来了较大的困难和风险。为了研究隧道开挖对复合地层的环境影响机制,本文以广州地铁21号线中新站至中新东站隧道工程为背景,通过处理及分析,得到了隧道开挖引起周围地层的变形规律和影响参数的敏感性。分析表明,隧道在复合地层中开挖,地表沉降的发展与Mair提出的沉降五个阶段理论相符。双线隧道开挖时,先行隧道开挖对后行线围岩引起的地层扰动和超静孔隙水压力等因素都将增大后行线隧道周围土体的变形沉降。此外,地表沉降各施工因素的敏感性排序为:土仓压力、刀盘扭矩、刀盘转速、总推力、同步注浆压力。因此,控制土仓压力、保证刀盘扭矩和转速的均衡是降低沉降的关键措施。     

管棚支护下框架桥顶进设计和施工

郑州市金水路西延南半幅道路下穿金水路工程采用管棚支护路基、框架桥预制顶进的施工方法,控制路面沉降并顶进框架桥就位是项目成功实施的关键。采用有限元软件对框架桥顶进施工过程中路面的沉降进行模拟计算,分析路面沉降值及其规律。计算表明,顶进施工引起的路面沉降最大值约为13 mm,开挖影响范围约为工作面前方8~10 m,路基内设置吊梁和框架桥周围注浆措施可分别使顶进中路面沉降减少36.5%、7.4%。现场监测路面沉降规律和计算结果基本一致,工程采用的工法保证了项目的成功实施。     

大断面黄土隧道双侧壁导坑法施工诱发地表沉降及隧道变形规律研究

以西安地铁3号线某区间双侧壁导坑法隧道工程为依托,采用FLAC3D模拟与现场实测相结合的方式,研究双侧壁导坑法施工引起的地表及隧道变形规律。研究结果表明:地表横向沉降曲线关于隧道中轴线对称分布,影响范围左右各30 m,可见,上导洞的开挖是造成地表沉降的主要原因;采用超前小导管注浆加固土体,有效控制了拱顶下沉;隧道开挖后两帮收敛值迅速增大,开挖面超前监测断面20m时收敛趋于稳定;模拟结果与实测数据吻合较好,说明FLAC3D数值模拟软件能有效预测地层变形。     

框架桥下穿既有铁路施工风险监控研究

框架桥顶进施工会引起铁路周围路基土体的位移,如何有效控制位移,对施工及确保铁路行车安全非常重要。分析框架桥施工的风险等级,对其不利位置进行重点监控,通过整理现场监控点的位移变化,来分析施工过程的风险情况,监测数据一旦超出规定的容许范围,及时采取合理的风险控制措施来纠正施工。通过建立三维数值模型,计算出路基最终沉降模拟结果,并与现场监控值进行对比分析,以验证模型的合理性;通过数值模拟进一步研究单因素开挖步尺对路基沉降的影响,提出最佳开挖步尺,为框架桥工程提供借鉴性参考。结论:(1)路基最大沉降位置在偏移轴线一定距离处;(2)水平位移在框架桥轴线位置最大;(3)最佳开挖步尺为2 m/d。     

地铁车站支护与主体结构相结合深基坑变形

依托济南某地铁车站基坑工程,建立考虑土与结构共同作用的三维数值模型,模拟支护结构与主体结构相结合的基坑施工全过程,研究基坑的围护桩侧移、坑外地表土体沉降和坑底土体回弹规律。结果表明:随着开挖深度的增加,围护桩向基坑内部运动,且最大侧移沿桩身逐渐增大,最大值为开挖深度以上1 m左右;混凝土立柱的存在会明显加大围护结构的整体刚度,进而减小围护桩的侧移;基坑外侧最大沉降发生在约为1/2基坑宽度的区域,周边土体沉降范围约为4倍支护深度;混凝土立柱能减小基坑底部土体的回弹。采用支护与主体结构结合的方式,可以减小基坑在施工过程中的变形。     

北京地铁地连墙基坑变形规律研究

为研究北京地铁地连墙基坑受力变形特征,采用统计法对近5 年期间北京在施地铁基坑变形监测数据进 行整理分析,并按照围护结构厚度及支撑体系类型对地连墙基坑进行分类,得出不同类型基坑地表、墙体、格构 柱的变形规律以及基坑沉降槽曲线,提出地表隆起及墙体变形的新模式。结果表明：1) 基坑监测范围内的地表变 形中,地表隆起占比高达20%～45%,支撑体系类别及围护结构厚度不同对地表隆起比例与最大变形范围存在不 同影响;2) 根据墙顶变形方向及幅度,将墙体变形分为4 种类型,开挖深度对墙体变形量的影响要大于围护结构 厚度对土体变形的约束作用;3) 墙顶的变形规律以上浮为主,占统计数据的90%以上;4) 格构柱同样以隆起为 主,大于墙顶隆起。     

宁波软土地区相连深基坑开挖施工时空效应实测分析

软土深基坑施工期变形具有明显的时空效应,以宁波软土地区相连深基坑为工程背景,对软土地区相连深基坑开挖的时空效应开展研究。基于基坑施工过程中地表沉降、地连墙水平位移、支撑轴力的监测数据,分析施工工序、开挖深度等因素对不同位置处基坑结构与土体的变形影响,并通过有限元软件对2基坑同时开挖的情况进行计算讨论。研究结果表明:采用2个基坑单独开挖的顺序,在一个基坑开挖时,已完成的地连墙或已封顶的车站结构将对这一侧的地表沉降和地连墙水平位移有较好的约束作用;地表沉降与地连墙水平位移在基坑长边上的值大于端头部分,且这2个变形值具有明显的深度效应,即随着开挖深度的增加,变形值增加更快;支撑轴力的变化主要受开挖土体的位置影响,越近的土体开挖,支撑轴力增加越大;若采用2基坑同时开挖的方式,控制中间部分地连墙的变形将是重点,施工安全也面临较大挑战。     

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕9号管脱困方案研究

港珠澳大桥拱北隧道曲线管幕施工阶段,由于始发端深基坑突发涌水、涌砂,造成顶管施工区域地层严重失水和管周润滑泥浆流失,9号管顶进被困。根据顶管施工区域工程环境、地质条件和地层变形情况,以及9号管被困位置和施工装备条件因素,按照"不危及施工安全和避免发生次生灾害,可操作性强,处置费用低"的原则,提出了增加后背顶力、中继套管顶推、逆向开挖拉拔、顶部开窗等4种递进脱困方案。经比选,首先采用了增加后背顶力方案未果,后采用中继套管推进方案,取得了成功。9号管成功脱困为本工程后续顶管施工积累了经验,也为类似工程施工提供了借鉴。     

砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制技术研究

为研究砂土地层中盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制措施,以西安地铁盾构区间隧道下穿地铁1号线出入段工程为依托,通过资料调研、数值模拟、现场试验和监控测量等方法,对既有隧道加固措施、盾构对地层适应性、掘进参数、隧道变形进行研究。结果表明:砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道,应对盾构进行专门设计,扩大刀盘开口率,配备专门的膨润土拌制和膨化系统,并避免在下穿影响范围内停机;数值计算和试掘进试验结果,盾构施工参数土仓压力为0.1 MPa,注浆压力为0.22 MPa,推力为10 000 kN,出土量为51 m^3/环,注浆量5~6 m^3/环;通过现场监测,盾构下穿过程中,既有地铁隧道轨道最大沉降及高差分别为6 mm和0.8 mm,符合规范要求,确保了地铁的安全运营,变形控制措施对既有地铁隧道作用十分显著。     

基坑分段开挖下部盾构隧道纵向变形规律研究

为研究基坑分段开挖时下部盾构隧道的纵向变形规律,以某分段开挖基坑小角度斜跨盾构隧道工程为例,采用对比法和归纳法,通过数值模拟分析,得出基坑分段开挖时下部盾构隧道纵向变形规律。研究表明:(1)基坑分段越越短,其下部盾构隧道最大隆起位移值越小,隧道隆起范围越小;(2)开挖分段个数与隧道隆起位移峰值个数相同,分段越均匀,峰值大小越接近;(3)应优先开挖叠交核心区中段基坑,而非两侧基坑;(4)隧道纵向各相邻部位对彼此变形的单向调整比率约为5.71%。可通过调整分段开挖顺序对隧道最大隆起位移的出现位置进行调整。