地铁盾构施工对邻近建筑物桩基的影响研究

在地铁工程建设中,盾构法施工得到推广使用。而当近距离侧穿建筑物的桩基时,盾构推进会对桩基周围土体及桩基产生影响,从而引起地表沉降,危及建筑物的安全。此文以深圳地铁某隧道区间盾构施工近距离侧穿一建筑物桩基为工程背景,选取桩基与隧道间距最小的断面,采用有限元软件,建立数值计算模型,研究盾构推进对桩基周围土体及桩基的影响程度,以及造成的地表沉降。研究结果表明:桩身最大侧向位移出现在隧道轴线位置附近,桩的竖向沉降量沿桩长变化很小,桩身弯矩沿桩身分布,有正弯矩区和负弯矩区,桩身轴力沿桩长逐渐增大,到隧道轴线位置时达到最大值。隧道顶正上方地表沉降最大,为12.6 mm,两侧沉降量逐渐减少,形成一个横向沉降槽。     

盾构施工对高速铁路桥梁桩基的影响分析及防护措施

以南京城轨线胜太路站至南京南站盾构区间隧道为研究对象,对隧道近距离下穿京沪高速铁路桥梁桩基的盾构施工过程进行了三维数值模拟。分析结果表明:盾构施工过程中,桥梁桩基不仅产生了水平位移,而且发生了倾斜;盾构施工引起的地层扰动使周围土体及桩基产生沉降,从而导致桩基产生附加力,降低了桩基的承载力;施工前在隧道与桩基间设置隔离防护桩,能有效减小盾构施工对桥梁桩基的扰动。     

地铁盾构隧道下穿既有高铁桥数值模拟及实测施工影响分析

为研究地铁盾构隧道下穿既有高铁桥引起的地面建(构)筑物沉降机理及施工方案的合理性，以广州地铁18号线下穿广深港高铁桥为例，采用三维有限元分析软件MIDAS-GTS对盾构隧道开挖的全过程进行数值模拟，研究由地铁盾构隧道下穿高铁桥造成的地面沉降及桥桩变形影响。同时，将桥墩墩顶位移及地铁隧道结构变形的现场监测数据和数值模拟结果进行对比分析，研究了造成二者差异的主要因素。研究结果表明：场地工程地质条件良好且围岩自支撑能力强，采用盾构法直接下穿沙湾水道特大桥，在采用隔离桩加固措施后，桥桩沉降及其水平变形均在可控范围内；盾构施工对桥梁桩基的附加内力较小，既有桥梁的结构刚度能满足其抵抗变形的要求；区间地铁与桥梁桩基净距较大，同时地层情况以中风化粉砂质泥岩为主，当采用隔离桩加固措施后，区间地铁开挖对桥梁影响较小；桥墩最大实测沉降是其数值计算结果的1.15倍，监测结果与数值模拟结果保持了较好的一致性。     

急转弯盾构隧道近穿既有桥梁影响研究

为探究大曲率盾构隧道在急转弯过程中对邻近桥梁的影响,以上海某急转弯隧道穿越桥梁工程为背景,基于Midas数值模拟软件,建立急转弯隧道近穿桥梁三维数值模型,分析急转弯隧道施工对桥梁桩基的影响,并结合现场施工方案,分析所采用地层加固措施对减小桥梁沉降变形控制效果,主要结论如下：(1)受盾构隧道近穿既有桥梁影响,地表沉降槽宽度为3.44D(D为隧道直径);在盾构穿越桥梁时对地层扰动最大,地表累计沉降量占最大沉降量的90%。(2)盾构近接既有桥梁,桩身变形主要以Y向(纵向)变形为主,在盾构穿越桥梁时,桩身倾斜变形量最大。(3)采用MJS工法对土体进行加固之后,地表沉降量、桥梁桩基水平位移量大幅降低,从数值模拟结果看,桥梁沉降变形减小38%,隧道结构上浮量减小79.5%。     

盾构隧道下穿施工对邻近铁路桥梁的影响分析

以武汉地铁3号线盾构隧道下穿既有铁路桥梁工程为依托,采用有限元软件ANSYS对盾构施工全过程进行模拟,分析不同桩隧净距时盾构施工对铁路桥梁结构变形及地表沉降的影响规律。分析结果表明:盾构隧道的施工会使桩基产生以沉降为主的附加变形,最大沉降发生在桩顶处;随着盾构的推进,地表沉降呈现出明显的增长趋势;既有桥梁桩基对盾构开挖引起的地层扰动起到一定的阻隔作用,同时在桩侧摩阻力作用下桩周地表沉降相对较小;当桩隧净距分别为1.8,4.2,6.0 m时,桥梁梁体结构与桩基产生的变形均以沉降为主,随着桩隧净距的增大相邻两股钢轨水平高差及轨面沉降的变化趋势不明显,均未超出6 mm的限值。     

复杂地质条件下盾构切削建筑物桩基群影响分析

结合广州地铁盾构隧道切削桩基下穿办公楼的工程实例,采用三维模型对复杂地质条件下盾构切桩前、切桩过程、下穿完成全过程办公楼沉降及变形响应进行有限元分析,并对比盾构下穿全过程现场实测数据.结果 表明:盾构切桩下穿办公楼过程沉降及变形在规范允许范围内,不会影响建筑物的正常使用;在盾构下穿过程后,建筑物会持续沉降约20天,沉降值较小.建议管片设计计算桩端荷载时考虑桩侧摩阻力受盾构影响的损失,以保证管片结构及建筑物的安全.     

小净距盾构隧道施工诱发邻近建筑物沉降分析

针对小净距穿越两栋建筑物的地铁盾构隧道施工引起地表沉降和两侧建筑物倾斜的问题，采用数值模拟方法分析盾构隧道施工对邻近建筑物及其桩基础的影响。结果表明：后行线（北线）开挖引起的隧道轴线上方地表沉降略小于先行线（南线），两者叠加形成的沉降槽呈偏W形；开挖面位置一定时，桩顶沉降大于水平位移，桩底沉降与水平位移接近；随着开挖面接近桩，桩顶沉降和桩底水平位移逐渐增大，在开挖面通过2倍洞径后桩底水平位移逐渐趋于稳定，在开挖面通过6倍洞径后桩顶沉降逐渐趋于稳定；随着开挖面接近桩，桩顶及桩底水平位移朝向隧道，桩中部则远离隧道。     

隧道盾构施工对邻近管线群位移影响的模型试验研究

隧道盾构施工会对邻近管线造成不利影响,但目前对管线位移的研究多集中在单一管线方面,考虑管线之间影响的研究较少。针对这一问题,开展砂土地层盾构施工对邻近管线群影响的室内模型试验,研究隧道盾构垂直下穿多条既有管线时对管线竖向沉降的影响。研究结果表明:当单一管线垂直于隧道开挖方向时,管线最大沉降发生在隧道正上方位置,沉降曲线形态关于隧道轴线呈对称分布,且符合Gauss曲线特征;当隧道垂直下穿双管线时,管线产生的竖向沉降曲线形态与单一管线基本一致,但管线最大沉降值较单一管线明显减小。通过对试验结果的归一化分析,提出管线间距对最大沉降影响的计算公式。     

地铁盾构施工下穿既有明挖隧道模型试验研究

为探究盾构下穿施工对既有隧道结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市地铁5号线下穿6线隧道为工程背景,基于几何相似比配制地层和结构模型试验材料,并设计试验监测系统。采用直径1 200 mm小型盾构机,试验模拟盾构隧道以不同深度垂直下穿既有6线隧道的施工过程,并分析下穿过程中既有6线隧道和地层土体的沉降变形规律。结果表明：随着既有隧道底部地层距盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为1.5倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道拱顶距离分别为1倍洞径和1.5倍洞径时沉降最大差值为31.25%;6线隧道结构与其下方地层产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于80%。     

岩溶区隧道下穿居民聚居区沉降变形规律研究

为研究岩溶区隧道下穿居民聚集区的沉降变形规律,采用数值模拟方法,分析了下穿隧道施工效应产生的地层变形对建筑物的影响。结果表明:(1)隧道下穿施工时地层产生了向居民聚集区中心方向的位移,且下穿居民聚集区时地表水平位移影响范围相比无居民区增大25%,但水平位移峰值相比无居民区时减小15.8%;(2)隧道下穿施工造成完全处于隧道正上方的建筑主要发生整体沉降,倾斜率较小,而处于隧道边界线上的建筑物沉降值较小,但倾斜率较大,此外建筑物倾斜率并非随施工一直单调增加,而是处于动态变化之中;(3)隧道下穿施工时处于隧道正上方建筑物基础与地表交界处易发生剪切破坏,应采取注浆加固和超前地质预报等综合措施。研究成果可为今后隧道下穿建筑群的设计和施工提供参考。     

上海轨道交通12号线国际客运中心站—隆昌路站区间隧道设计优化

城市轨道交通施工对近邻建筑物的影响已成为工程中的重点和难点。根据设计规划,上海轨道交通12号线国际客运中心站—隆昌路区间,在建设过程中需要下穿各类建筑物(包括多座受保护建筑物)、市政管道、高架桥等建(构)筑物,对隧道盾构施工提出了严格的要求。针对隧道区间途经的关键节点,提出了该部分工程盾构施工的优化设计方案,以减少沉降对地面的影响。     

盾构隧道施工对短桩基-框架结构的影响

以成都地铁1号线盾构隧道近距离穿越某短桩基-框架结构为背景,采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立有限元数值模型,研究盾构穿越施工对桩基和框架结构的影响.研究结果表明:采用荷载转移措施可减小隧道上方的荷载和结构变形,有效保护建筑结构;盾构掘进对框架结构的边跨梁影响较大、对中跨梁影响较小,梁的最大正弯矩在二层右边跨梁的跨中,最大负弯矩在二层右边跨梁的右端头位置,柱的最大正弯矩在隧道右侧最远处的柱与二层右边跨梁刚接的位置;盾构从桩端下方穿越使隧道正上方及两侧的3根桩的轴力减小,两侧桩体下部向隧道方向产生挠曲变形,正上方桩体发生整体位移;距隧道较远处的桩发生刚性倾斜,桩轴力增大.监测数据表明,盾构穿越施工对桩基影响较小,荷载转移措施达到预期效果.     

富水圆砾地层盾构隧道施工对地表及建筑物影响分析

以在富水圆砾地层的盾构双线隧道先后通过邻近建筑物为研究背景,通过现场监测和数值计算方法,对双线隧道施工引起地表及既有建筑物变形规律进行研究。研究结果表明,随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;地表最大沉降量出现在先行隧道中线上方;刀盘通过地表中心断面后,地表及建筑物沉降逐渐趋于稳定;当偏离比在一定范围内,随着建筑物与隧道间距减小时,建筑受到的影响逐渐增大。     

黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术

研究目的:黄土地区某城市地铁2号线盾构施工下穿既有陇海铁路线是一个盾构施工中的I级风险源,为保证地铁盾构施工安全下穿陇海线路,开展了盾构施工穿越既有铁路的变形控制技术研究,以为盾构安全施工提供技术支撑。研究结论:(1)黄土地区地铁盾构下穿既有陇海线路的地表沉降规律:不采取控制措施盾构施工时,路基右线隧道轴线正上方的沉降量为20.48 mm,左线隧道轴线正上方的沉降量为12.85 mm,左右线隧道的轴线上的沉降量均超出了沉降允许值;采取严格控制土压力、盾构匀速通过、严格控制注浆量、减少盾构推进方向的改变等减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施盾构施工时,右线隧道轴线正上方的沉降量为5.44 mm,左线隧道轴线上方的沉降量为4.95 mm,均小于变形允许值。(2)FLAC计算预测的变形规律与实际值基本一致,地表和铁路路基的变形量在允许范围内;减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施合理有效。(3)该研究成果可应用于黄土地区地铁盾构下穿铁路施工变形控制。     

饱和黄土区地铁隧道穿越桥梁桩基托换技术研究

在城市轨道交通中,地下工程往往需要穿越上部建筑物,为了保证建筑物安全正常使用,托换技术已成为解决城市建设施工的一种有效方法。在饱和黄土地区,由于黄土特殊的工程性质,桩基托换工程实例相对较少。以兰州市轨道交通1号线地铁隧道下穿既有市政桥梁为工程背景,详细介绍桩基托换设计方案,并建立三维有限元模型,进行数值分析。研究隧道开挖和切桩过程中地表沉降、桩基沉降和托换桩基受力机制,验证托换方案的可行性。研究结果表明:地表最大沉降为10.5 mm,桩基最大沉降量为9.7 mm,相邻桩基沉降差最大值为2.2 mm,满足相关规范要求。托换后桩底轴力为1 143.9 k N,小于单桩设计承载力4 739 k N,在初始阶段、新增承台及桩基、切除左右隧道内桩基及最后阶段衬砌左右隧道,托换桩基承载力均满足要求。     

上下重叠地铁盾构隧道施工对邻近建筑物影响及控制措施研究

在城市地铁施工建设过程中,经常会出现地铁隧道下穿建筑物的现象。为研究地铁隧道下穿建筑物对建筑物的影响,依托某地铁区间隧道工程,采用数值模拟的方法,对注浆加固前和注浆加固后盾构掘进(先下洞后上洞)地下室底板沉降和承台沉降及桩基变形进行分析。通过分析得知,重叠隧道在隧道开挖过程中,应采取注浆加固等手段,来控制各项变形指标,减小盾构开挖对建筑物的影响。     

基于协同传递效应的盾构隧道穿越对地层与建筑物影响研究

城市主城区中修建大规模的地铁工程时,地下隧道下穿各类建筑物会对隧道上覆地层产生扰动,从而导致周围的建筑物不均匀沉降甚至倾斜开裂,对建筑物的安全构成威胁。文章以深圳地铁13号线盾构施工为工程背景,以隧道穿越的深圳职业技术学院某宿舍楼为研究对象,运用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立隧道-土体-桩基-建筑物三维有限元模型,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降、建筑物变形以及内力的变化进行分析。结果表明：隧道施工引起的地层变形主要集中在隧道上方的土层中,盾构掘进前和盾构掘进后的建筑物梁柱构件内力没有明显改变,隧道下穿建筑物造成的影响是由于盾构施工打破建筑物与基础之间的初始平衡状态,导致建筑物结构产生的附加内力在建筑构件中协同传递而造成的。     

盾构斜交下穿既有框架隧道数值模拟分析

在城市地铁建设中,经常出现新建隧道下穿既有隧道的情况,为研究新建盾构隧道施工对既有公路框架隧道的影响,以宁波地铁1号线世纪大道站—海晏北路站区间隧道斜交下穿浅覆土市政公路框架隧道工程为依托,采用三维有限元数值分析方法,研究盾构隧道在下穿框架隧道3个阶段(盾构到达既有隧道正下方前、穿越既有隧道正下方及穿出既有隧道后)施工过程中盾构机顶进力、壁后注浆压力对于上部框架隧道沉降、侧移及扭转影响的规律,计算结果表明,在盾构到达既有隧道正下方前及穿出既有隧道后,沉降量和扭转幅度在一定范围内随顶进力和注浆压力的增大而增大;盾构下穿既有隧道正下方阶段,沉降量和扭转幅度在一定范围内随顶进力和注浆压力的增大而减小。施工过程中宜随着盾构与既有隧道位置关系的改变,及时调整各项施工技术参数,减小对上部隧道的影响,保证盾构顺利掘进。     

软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

卵石流塑地层盾构下穿铁路框架桥加固技术与变形控制研究

针对卵石流塑地层盾构隧道下穿施工诱发地表及其地表建(构)物变形过大等问题,以长沙轨道交通3号线盾构隧道下穿京广铁路框架桥为背景,提出"袖阀管注浆加固"与"深层二次注浆"技术,并通过数值计算分析了盾构掘进过程对京广铁路框架桥的影响,探讨地层加固前后盾构下穿地表变形情况以及铁路框架桥的稳定性。研究结果表明:未采取地层加固措施盾构下穿京广铁路框架桥围岩及地表变形较大,地表沉降量高达35.13 mm,组成框架桥的9个箱涵之间不均匀变形较大,最大沉降量发生在先行施工隧道上部,轨道变形最大值为6.18 mm,远大于规范要求,采取地层加固措施后,地表沉降得到有效控制,框架桥不均匀沉降相对于未加固工况,差异沉降减小约48.1%,保证了铁路运营安全。