地铁盾构穿越断层施工力学响应研究

以沈阳地铁1号线云沈盾构区间下穿断层带工程为依托,采用三维数值模拟方法,研究盾构区间下穿断层带引起围岩和管片变形特性和力学响应。研究结果表明：地表最大沉降发生在断层区段,且不对称分布,最大沉降2.6 mm,小于标准;洞周竖向变形主要发生在断层中间位置,而水平变形主要发生在地层变化处,容易引起管片错位破坏;工作面到达断层工作面挤出变形最大,断层中间位置次之,穿过断层最小;衬砌边墙和拱底变形基本对称,而拱底下沉沿纵向不对称,位移突变范围为断层内10 m左右,对于两端硬岩管片没有影响,最小主应力和纵向应力在不同地层接头处发生突变,宜加强断层10 m范围内管片衬砌设计参数。     

砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护效果研究

以北京地铁12号线区间下穿京张高铁盾构隧道为工程背景,数值模拟了砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护工法的地层变形控制效果,探讨了预支护方法对下穿工程地层变形规律、地表沉降规律、盾构管片变形规律、塑性区分布以及管棚受力特征的影响。结果表明:下穿工程地铁施工引起上部高铁盾构管片最大变形区在双区间中心截面±15m范围内,这是布置超前支护以控制地层变形的关键区;深孔注浆加固条件下增设超前管棚,可减小拱顶围岩塑性区开展范围,改善注浆体受力状态,有效降低隧道中上部围岩变形;超前管棚和深孔注浆复合预支护可充分利用深孔注浆的拱效应,又可利用管棚的梁效应,发挥各自力学优势,联合承担上部围岩压力。     

施工参数对盾构穿越软土地层变形控制的影响分析

以盾构穿越昆明市轨道交通5号线金海新区站—福保站区间软土地层为背景,通过建立三维数值计算模型,研究施工参数对盾构穿越软土地层变形控制的影响。研究结果表明:双线盾构隧道施工,在相同施工工艺情况下,地层变形不完全对称;先掘进隧道由于开挖卸载作用,对地层原始应力产生影响,最终会产生略大于后掘进隧道的变形;盾构在软土地层中掘进,土仓压力宜略大于土体掌子面压力,即采用盈压模式掘进;盾构施工过程中,宜采用早凝浆液,同时宜使用稠浆,避免后期浆液凝固失水收缩产生地层损失,或采取其他措施达到及时填充盾尾空隙且无后期收缩作用的效果。     

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50～200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。     

高速列车振动引发地层位移响应分析

通过FLAC3D软件对列车荷载引发的盾构隧道动力响应进行了数值模拟,分析了列车高速通过隧道时盾构管片以及地层的位移变化规律。结果表明,单列列车经过左侧隧道时,竖向位移分布呈不对称状态,两列列车交会经过时,位移等值线基本呈对称分布,地表位移峰值出现在两隧道轴线附近;地下水对振动的影响较为明显。     

穿越湘江水下岩溶发育区地铁盾构选型研究与应用

长沙地铁3号线越江隧道穿越湘江岩溶发育区,盾构施工风险高。针对沿线砾岩夹泥质砂岩复合地层、断裂破碎带和复杂岩溶地层等特殊地质条件,考虑水下高水压等因素影响,对地铁盾构选型进行研究。考虑不同施工风险,对盾构各关键部分进行设计与改进;对岩溶地层进行注浆预加固处理,分析泥水盾构对穿越复杂岩溶地层的适应性。采用改进的泥水盾构成功穿越湘江水下岩溶发育区,掘进效果良好,表明泥水盾构选型对穿越湘江水下岩溶发育区隧道的施工环境是合理且适应的。     

基于非线性时程分析法的地铁盾构隧道抗震性能研究

采用非线性时程分析方法,通过有限元软件建立三维地层-结构模型进行抗震反应计算,揭示在三向地震波的作用下盾构隧道一系列时程反应特征。研究表明:在强震区地震波作用下,越靠近地表其加速度值越大,设计中适当加大盾构隧道的埋深是必要的;管片结构径向相对位移未出现明显增长,径向变形率基本位于规范允许范围内;管片结构纵向相对位移增长明显,可能超过规范允许范围,设计中管片纵向连接需加强;结构的同一位置可能受到拉压的循环作用,这对混凝土结构不利;同时发现管片结构内力最不利位置位于拱顶右45°附近。     

装配整体式盾构管片结构及力学性能研究

传统盾构隧道管片由预制管片和螺栓连接而成,需要依靠围岩荷载才能形成稳定的结构体系。接头的存在也会造成管片结构整体刚度偏低、抗变形能力减弱,影响隧道结构的安全性和耐久性。本文提出一种装配整体式盾构隧道管片结构,该装配整体式管片由预制T型管片和叠合区混凝土组成。盾构施工阶段进行T型管片拼装,隧道洞通后采用喷射或现浇方式进行叠合区混凝土施工。基于ABAQUS软件对比分析装配整体式管片和传统管片的力学性能。结果表明：在施工阶段,装配整体式管片和传统管片的内力相近,但装配整体式管片的变形稍大。当隧道附近有基坑开挖时,T型管片与叠合区混凝土共同承担隧道荷载,叠合区混凝土刚度大,对T型管片具有保护作用,并且装配整体式管片的后期变形小于传统管片,表现出更好的整体性和抗变形能力。装配整体式盾构隧道管片结构适用于非均质或大变形地层,且能更好地应对邻近施工和邻近穿越等工况,可为盾构隧道工程建设提供新的技术方案。     

基于土压平衡模式的盾构穿越密集建筑群变形控制技术研究

沈阳地铁4号线劳动路站—望花屯站区间隧道采用盾构法施工,隧道在曲线段穿越密集建筑物群,且建筑物变形控制标准高,隧道穿越地层为富水黏土地层。根据试验段的土压平衡和泥水平衡两种模式掘进效果对比,提出采用土压平衡模式穿越建筑物。详细探讨了穿越过程的盾构掘进参数、土仓压力设定、B型管片注浆孔设置以及曲线段测量控制技术,研制了适合地层特点和盾构结构特点的同步注浆浆液及刀盘开挖轮廓与盾体外缘之间的间隙填充浆液。建筑物变形监测结果表明:隆起及沉降变形均在允许范围内,极大提高了盾构掘进工效。     

考虑注浆压力的泥岩地层管片上浮特性与控制

盾构隧道穿越富水泥岩地层时,受盾尾注浆压力和地下水的共同作用,其衬砌管片会出现上浮现象.为研究盾构管片上浮时的位移与力学特性,分析速凝型浆液与管片堆载的抗浮效果.依托南宁地铁5号线下穿邕江段区间,利用有限差分软件FLAC3D,考虑流固耦合及管片的纵向拼装效应,对盾构施工全过程进行模拟.计算结果表明:(1)盾尾同步注浆压...     

贵瓮高速公路建中隧道施工难点及治理措施

溶腔、洞室和软弱破碎带是岩溶地区隧道施工的难点和重点。贵瓮高速建中隧道在施工过程中出现了围岩与设计情况不符以及溶洞塌方等问题,严重影响了施工进度。为此,通过对国内典型岩溶隧道设计施工案例进行分析借鉴,结合建中隧道的工程地质条件,在围岩与设计情况不符段进行方案修改,加强支护;在溶洞塌方段进行掌子面封闭、深孔注浆、回填混凝土等治理措施。经采取上述措施后,拱顶沉降和隧道周边位移均小于控制标准,效果良好。     

海底盾构隧道双层衬砌 柔性垫层研究

针对大连地铁5号线工程梭鱼湾南站单洞双线盾构区间隧道施工建设问题,探讨岩溶发育区海底隧地铁盾构隧道支护技术。考虑岩溶发育地区工程地质情况复杂及在特殊工况,如地震作用下,结构发生附加变形时的隧道安全,提出使用盾构隧道双层衬砌结构及柔性柔性垫层,通过理论分析、数值计算等方法,分析一定强制位移条件下,不同厚度及密度的柔性垫层对盾构隧道双层衬砌结构内力分布的影响。研究结果表明：随着材料密度的增加,隧道外衬所受最大弯矩先减少后增加,而内衬所受最大弯矩先增大后减小。相同密度情况下,随着材料厚度的增加,外衬最大弯矩逐渐增大,内衬最大弯矩逐渐减小。当柔性垫层材料性能适中能提供充分的协调变形空间时,隧道内外衬砌能合理分配结构附加变形产生的内力,从而大幅提高隧道支护的安全性能。     

硬-软互层层厚构造影响隧道围岩开挖损伤研究

研究目的:在实际地质环境中,隧道开挖所表现出来的各种变形破坏都是各种因素综合影响的产物。但顺层构造由于其分层特性和结构形式的特点决定了在这样的地质环境中开挖隧道,其围岩受力之后的变形和破坏具有一定的特殊性。本文以拟建某高铁宝云隧道为例,就硬-软互层顺层构造作用下隧道围岩开挖损伤变形开展数值模拟分析评价,主要研究不同岩层厚度影响下的隧道围岩变形、围岩屈服渐进性及稳定性,并给出强度折减至极限状态时硬-软互层组合隧道的变形破坏模式。研究结论:(1)薄层弯曲变形是不同岩层厚度构造作用下硬-软互层顺层隧道开挖的主要变形形式,厚层围岩虽体现出了较明显的滑移,但变形量值较小,隧道支护设计时应考虑岩层厚度控制的该变形特点;(2)硬软互层组合屈服区主要沿顺层面向软岩展布,层厚越小,屈服范围越大,以0.2 m层厚顺层向屈服区为典型,层厚超过0.4 m后,拱腰顺层面屈服区迅速减小,且随厚度增大,两个方向屈服区不断减小;(3)强度折减条件下,层厚超过1.5 m后,稳定安全系数趋于定值,围岩强度主要受软岩自身控制,受硬-软组合结构影响程度降低;(4)岩层厚度较小时,隧道围岩变形模式以岩层弯曲为主,随岩层厚度的不断增大,变形模式逐渐转变为顺层滑移为主、滑移与弯曲并存;(5)本研究成果对促进该高铁的顺利建设具有理论意义和工程价值。     

盾构隧道开挖过程中溶洞对围岩变形影响的数值模拟

针对大连地铁5号线某岩溶强烈发育区段盾构隧道开挖,运用ABAQUS软件建立三维数值计算模型,分析盾构掘进过程中不同方位的溶洞对隧道围岩变形的影响规律,结果表明:溶洞的存在对隧道围岩变形影响显著,隧道围岩有向溶洞存在方位倾斜的趋势;隧道开挖完成后,塑性区隧道与上部、侧部溶洞围岩未贯穿,下部溶洞产生贯穿塑性区,为掘进过程中的最危险部位。     

连拱隧道施工全过程三维有限元分析

对金丽温高速公路里东隧道温州端40m洞口段的连拱隧道进行施工全过程三维数值模拟分析。分析结果表明:连拱隧道施工的影响范围主要是本侧掌子面前方8m和拱顶竖直方向6m的围岩区域;在较低类别围岩中,为保证掌子面的稳定,应采用留核心土的施工方法;为防止施工阶段中墙的倾覆和偏转,两侧主洞的开挖距离至少应保持4个完整的施工循环;工程的支护体系在施工阶段具有足够的安全度,在施工结束后仍有一定的安全储备。     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

超大直径盾构出井吊装对工作井影响研究

以济南黄河隧道南岸接收工作井盾构机出井吊装为工程背景,借助有限元分析软件,重点分析东线隧道贯通及吊装施工对黄河隧道南岸工作井的变形及受力影响。结果表明:(1)东线隧道贯通时,地连墙最大水平位移为-1.13 mm,主体结构最大水平位移为-0.92 mm;吊装施工时,地连墙最大水平位移为-1.06 mm,主体结构最大水平位移为-0.86 mm,受吊装荷载的影响,地连墙顶部出现向坑外的位移。(2)东线隧道贯通、吊装施工时环框梁的最大弯矩值为16325 kN·m,出现在第二道环框梁中部位置;受履带吊吊装施工超载影响,主体结构最大弯矩值为3915 kN·m,出现在东墙(竖向)支座处。(3)受隧道开洞及施工超载影响,主体结构最大弯矩值为2837 kN·m,出现在北墙支座处;受结构埋深影响,环框梁最大弯矩值为9634 kN·m,出现在第三道环框梁端部位置。盾构出井吊装方案可行,施工过程对工作井影响较小,能保证工作井安全;此外,在满足吊装要求的同时,履带吊应尽量远离接收井,以减小对主体结构的影响。     

高地应力软弱围岩变形控制方法

研究目的:探讨高地应力软弱围岩大变形的控制方法,并通过具体施工应用,进行现场监控量测试验验证。研究方法:结合乌鞘岭特长隧道最大断层---F7断层高地应力软弱围岩的地质特征及其变形特征,简要分析了支护临界失效点,围岩质量、允许变形量、变形速率和运输方式等与工序间距离的关系,具体从地质超前预报、隧道支护结构和施工方法三个方面进行探讨。研究结果:得出了高地应力软弱围岩围岩条件下,隧道施工支护参数与工序间距离确定的基本方法、一些经验参数和施工基本要求,并对施工中应注意的事项提出了建议措施。研究结论:在高地应力软弱围岩条件下进行施工,要根据掌子面围岩变化情况及时适当地调整支护参数和施工方法,才能有效地控制变形。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。