超大直径盾构隧道下穿铁路施工的离心机模型试验研究

盾构隧道近接下穿运营高速铁路施工会引起地基下沉、轨道不均匀沉降等病害,严重影响线路的正常运行,甚至会对铁路造成破坏。为研究超大直径盾构隧道动态掘进过程对地表城际铁路沉降影响,文章以武汉两湖超大直径盾构隧道斜下穿城际铁路项目为依托,通过土工离心机模型试验模拟了超大直径盾构隧道近接下穿城际铁路施工中盾构接近-下穿-驶离铁路的整个动态过程。研究结果表明:(1)盾构掘进对铁路路基的影响主要集中在下穿点前后各25 m范围,距下穿点25 m之外盾构掘进对铁路路基的影响很小;(2)盾构掘进过程中,下穿铁路前由盾构掘进引起的铁路路基沉降约占掘进全过程引起铁路路基总沉降的36%,下穿后约占64%,下穿后铁路路基沉降速率迅速增加,且大于下穿前;(3)以盾构掘进下穿过铁路15 m处为分界点,在此之前在盾构掘进方向左侧的路基沉降大于右侧的路基沉降,在此之后则相反,最终盾构掘进方向右侧的铁路路基沉降大于左侧。     

浅埋大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基施工技术

针对浅埋大跨径公路隧道近距离下穿既有铁路车站安全系数低的现状,文章以东孚隧道下穿既有厦深铁路站场区段工程实例为依托,通过理论分析、技术比选,提出了以"运用管幕法对隧道开挖方向围岩土体进行加固+挖孔桩上设承台作为临时支墩+挖孔桩结构选型与安全性检算+架设24 m D型便梁将既有铁路轨道托起+纵、横抬梁加固钢轨+弧形导洞预留核心土开挖+加固效果沉降监测与分析"相结合的施工技术总体方案。工程应用效果表明,加固效果显著,可快速、有效地限制隧道下穿区段地层沉降量,拱部管幕可以起到承载作用,D型便梁可减弱管幕体系所承受的外部荷载,大大提高了下穿隧道与既有铁路运营的安全系数,达到了预期效果。     

盾构区间重叠隧道下穿高速铁路轨道群加固技术体系研究

在重叠隧道盾构掘进中会因多次扰动导致轨道沉降大,影响行车安全。文章针对深圳地铁7号线笋洪区间盾构重叠隧道下穿高铁26条轨道群实例,构建了"轨道支撑+路基加固+夹层土体加固+下隧道内支撑"的技术体系,并采用以自动化监测为主、人工监测为辅的监测方法进行了轨道沉降监测。监测结果表明,盾构重叠隧道下穿引起的高铁正线轨道的最大沉降量为-5.9 mm,小于控制值10 mm,确保了运营安全,并验证了构建的加固技术体系的可靠性和实用性。     

地铁施工对邻近桥梁桩基础内力影响分析

文章采用数值方法研究了城市盾构隧道施工对邻近桥梁单桩、两桩、四桩基础的应力与位移的影响,研究结果表明:(1)隧道施工使单桩近隧道侧轴向应力减小,远隧道侧轴向应力增大,其影响程度随桩与隧道水平距离的增大而减小;(2)隧道施工下穿两桩或四桩群桩基础后,桩身近隧道侧轴向应力增大而远隧道侧轴向应力减小;(3)隧道施工对群桩的影响远大于单桩,其中距隧道较远桩顶两侧应力差在隧道施工后显著增大,承台距隧道较近时远隧道桩上部混凝土可能承受拉应力作用;(4)桩竖向位移随桩与隧道距离增大而减小,若桩底位于隧道底面以下,则隧道施工后桩产生较小沉降值;(5)桩受隧道施工影响一般在桩顶水平位移最大处,桩与隧道较远时位移值随桩深线性减小,较近时呈非线性减小趋势,其中桩上部位移沿桩深减小较快,桩下部位移收敛到定值,桩顶位移在桩与隧道一定距离时最大。     

浅覆土大断面小间距矩形顶管施工的环境效应

深圳华强北至华新地铁站区间通道工程采用矩形顶管机施工,具有大断面、小间距、浅覆土、上穿地铁隧道、下穿多条地下管线、多条顶管平行施工等特点。文章通过建立数值模型,对注浆压力和机头作用的模拟方法进行了讨论和改进,分析了顶管施工对周边环境的影响。计算结果表明,矩形顶管施工引起的地表沉降槽同样符合Peck公式,土体损失在地层位移的形成中起主导作用;随着多条顶管先后施工,地表沉降槽从V型分布向W型分布转变,地铁隧道竖向位移不断叠加;管棚的支护作用有效减小了地表变形和地下管线变形。     

盾构隧道穿越桥梁桩基群的桩基托换技术研究

为探析盾构隧道穿越桥梁桩基群中桩基托换过程的受力转换机理及盾构隧道掘进对群桩基础结构的影响,文章以深圳地铁10号线盾构隧道穿越广深高速桥梁桩基群为工程背景,采用FLAC~(3D)开展桩基托换与地铁隧道施工的数值模拟。研究结果表明:桩基托换后,桥梁荷载体系从桥面板→桩基→地基土转换为桥面板→既有桩基+托换桩→地基土,被托换桩的上覆荷载能够有效地转移到新建托换桩上;在桩基托换与盾构掘进过程中所产生的沉降变形能够提高桩端阻力与桩侧摩阻力,使得桩基结构的最大主应力有所降低;桥梁桩基沉降量以盾构隧道推进过程中由地层损失和掘进扰动产生的沉降变形为主,桩基托换所产生的沉降量占总沉降量的20%~30%;桩基沉降变形、侧向位移与主应力降低效应均主要表现在托换桩上,非托换桩变化不大;盾构隧道管片衬砌结构变形主要产生在桩基托换区域附近,且以沉降变形为主,水平位移较小。     

软土地层小半径盾构隧道下穿在建高铁地基加固效果研究

以福州地铁5号线盾构下穿在建福厦高铁为工程背景，针对软土地层小半径曲线盾构隧道下穿高铁高填方路基交叉施工工程的特殊性，利用现场监测数据对交叉施工全过程展开分析，研究该类工程地基加固效果及施工变形规律。结果表明，该工程若采用预应力混凝土管桩进行地基加固，后期地铁盾构施工不具备施工条件，需施作桩板结构进行地基处理；采用桩板结构对软土区域进行加固处理后，实测数据中最大地表沉降量为5.6 mm，为地表沉降控制值的18.67%，在可控范围内；提前进行地基加固后，当盾构隧道下穿施工时，路基不同位置处仅发生微小沉降，说明桩板结构加固对交叉施工变形有很好的控制效果；随着路基填筑高度增大，各层土压力值整体呈增大趋势，各层土压力变化速率呈“双峰曲线”，路基中间位置的土压力值比靠近两侧的土压力值大；盾构隧道下穿前，桩板结构混凝土支撑轴力的变化大致可分为“线性增长—过渡—再增长—稳定”4个阶段，当盾构下穿后，混凝土支撑轴力有小幅增大，后期逐渐趋于稳定。从监测数据分析可以看出，桩板结构的加固效果显著。     

近距离平行盾构隧道施工数值模拟及影响因素分析

文章以西安北站至咸阳机场城际轨道项目为例,通过ANSYS有限元软件模拟分析了新建隧道近距离平行施工对已建隧道产生的影响,考虑了"先左孔、后右孔"和"先右孔、后左孔"两种施工工序,重点分析盾构施工中地层损失率、盾构顶推力和注浆情况的影响规律。结果表明,"先左孔、后右孔"对地层位移和已建隧道管片的应力、应变影响较小;地层损失率越小,地表沉降量越小,产生的地表最大沉降量越小,地表沉降坡度越缓;盾构顶推力越大,地表的沉降量越大,随着盾构掘进深度的增大,地表沉降量逐渐减小,直至趋于稳定;注浆材料的弹性模量越大,地表沉降量越小。     

浅埋暗挖隧道下穿次高压燃气管保护方案

地铁施工中经常会遇到地下管线近接的问题,尤其是燃气管道,极大地影响了地铁暗挖隧道的施工安全和施工工期。深圳地铁2号线东延线土建2222标安-侨区间施工中,隧道下穿次高压燃气管道时采取了"水平旋喷桩+深孔帷幕注浆地层加固及管线悬吊"的综合保护方案,有效地控制了燃气管的沉降,确保了隧道施工中燃气管道的安全。文章论述了保护方案的比较与实施以及效果分析。     

双线盾构隧道近接下穿既有隧道结构沉降变形与施工节点控制分析

城市新建地铁隧道穿越引起既有隧道变形的规律是工程领域研究的热点。文章依托某新建盾构隧道近接下穿既有盾构隧道工程,对施工全过程的实测数据进行整理,结合数值模型计算结果,重点分析了新建左、右线依次穿越过程中既有双线隧道沉降变形规律,进一步对阶段受扰动土体稳定性进行分析。结果表明:(1)时间维度上,穿越过程中既有结构竖向变形趋势与施工阶段具有一一对应关系;(2)距离维度上,隧道结构变形随着距穿越中心距离减小而增大,规律与模拟结果一致;(3)根据既有隧道变形量及变形速率,穿越开始阶段可作为沉降控制的关键节点;(4)既有隧道穿越中心区域沉降量远小于模拟值,实际沉降变形实现重新分布,验证了施工关键节点控制的有效性和结论的准确性。     

上海外滩通道超大直径土压平衡盾构施工技术

针对上海外滩通道圆隧道工程的特点及施工难点，介绍了通过采取隔离桩、土体改良以及控制盾构正面土压力等一系列有效的施工技术措施，使直径14．27m土压平衡盾构顺利下穿外滩万国建筑群及外白渡桥、轨道交通2号线、南京东路人行地道和北京东路人行地道等建（构）筑物，为今后超大直径土压盾构施工提供借鉴。     

基于局部刚度修正法的盾构隧道下穿历史保护建筑数值模拟分析

局部刚度修正法可以考虑接头和手孔对管片衬砌环的刚度影响,其假定管片接头及手孔附近区域的刚度应该进行修正,而管片其余区域的刚度却保持原有刚度。文章考虑管片环向接头引起的衬砌环刚度折减,采用小应变硬化土本构模型分析盾构掘进引起的衬砌结构内力、地表沉降和周边土体位移响应,建立了隧道-土体-建筑相互作用的三维有限元数值模型,并在上海地铁11号线双线区间盾构隧道下穿越历史保护建筑物工程中进行了应用。作为对比,建立了基于惯用法的三维数值模型,并与现场实测结果进行对比,结果显示,局部刚度修正法和实测值吻合更好。模拟结果表明,既有建筑不仅改变了地表的沉降槽,而且极大地减小了沉降槽相关点的水平位移;既有建筑的扭曲值与隧道开挖面和既有建筑的位置有关,且最终既有建筑的扭曲值并未随施工的结束而减小,而是保留了较大的残余扭曲。文章所提出的模拟方法可为软土地区盾构施工扰动控制研究提供参考。     

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。     

多种施工技术在广州地铁二号线纪越区间隧道的综合应用

城市地铁区间隧道的施工,依据不同的地质状况、环境要求、施工机具等条件,可以选择明挖、矿山、盾构、顶管、沉管、凿岩等不同的施工方法.在广州地铁二号线纪越区间隧道的矿山法施工中,综合应用了水平冻结、注浆止水帷幕、洞内超前深孔注浆、CRD法、密排小导管桩、控制爆破、监测信息反馈、地面跟踪注浆的施工技术,取得了满意的效果,确保了工程的安全顺利施工.     

列车动载引起下穿隧道振动三维数值分析

以上海轨道交通9号线R413标段的三孔并行盾构隧道下穿沪一杭铁路干线为背景,采用3D动力有限元对列车动载引起下穿隧道的振动影响进行了研究.结果表明:当对向行驶的两列车机车的后转向架轮载同时作用在B隧道正上方时,为隧道结构的最不利位置;在动载作用下,拱顶竖向压力随埋深呈多段非线性变化;下穿隧道拱顶竖向压力沿纵向呈悬练线形分布,最大值出现在双线铁路的中线处,向两侧逐渐减小,影响约在铁路中线两侧各12m范围,结构产生了显著的纵向拉、压力;经对计算振动加速度和测试结果比较,两者规律基本一致.     

富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理研究

为研究富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理,文章依托某隧道实际工程,通过FLAC 3D软件进行建模与计算,考虑富水砂层厚度、隔水层厚度、粘聚力和内摩擦角等因素影响,分析各因素对围岩变形破坏的影响规律。结果表明:隧道拱顶对应位置的地表沉降值明显大于其他位置的地表沉降值,拱顶正上方的围岩内部位移随着深度的增加而逐渐增大,隧道拱顶位置的沉降达到最大值;随着富水砂层厚度的逐渐减小以及隔水层厚度的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小;富水砂层和隔水层的厚度对隧道围岩变形存在较大影响,在隧道的选线过程中,应保证隧道拱顶与富水砂层之间存在足够的安全距离;随着隔水层粘聚力和内摩擦角的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小:在隧道施工过程中,可考虑通过超前加固措施或者向隔水层进行注浆加固以提高隔水层粘聚力和内摩擦角,降低隔水层的渗透性。     

地铁盾构隧道施工对近接桩基的影响研究

采用三维有限元方法对盾构隧道近接桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基位移的变化规律.模型中实现了盾构施工过程的步步掘进模拟,采用了接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,并考虑了注浆层硬化的时间过程.计算结果表明,盾构隧道修建时,既有桩基将产生沉降和倾斜,桩基与土体的沉降差导致它们的接触面在地表处产生滑移,桩基顶部向隧道侧挤压,而在另一侧与土体脱离.施工参数的敏感性分析表明,增大顶进力会增大施工期间的桩基倾斜率,但对最终倾斜率影响不大;增大注浆压力则将增大桩基的最终倾斜率.该工作可为类似工程的施工提供参考.     

大直径双模盾构浅覆土无障碍始发变形控制研究

为探究浅埋环境下大直径双模盾构无障碍始发过程中的变形控制策略，依托新建成蒲铁路紫瑞隧道盾构掘进区间工程，利用FLAC 3D软件建立可视化数值模型，并结合现场监测数据和施工参数，对双模盾构无障碍始发全过程进行模拟，研究刀盘切削洞门围护桩时所施加刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响；通过对比不同加固范围的位移控制效果，验证传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下的应用可行性。结果表明：（1）刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响存在地层差异性，黏性地层下的影响效果要显著于圆砾、砂卵石这类非黏性地层；（2）不论何种地层，刀盘推力梯度对于桩后土体位移的影响效果均要显著于推力数值大小；（3）传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下仍可应用，其中横向加固宽度的理论计算值偏于保守，纵向加固长度则基本满足土体稳定性要求；（4）始发段盾构模式转换位置的选择对于后续施工引起的地表竖向位移有着显著影响，建议选在加固区域内或靠近加固区边界处。     

大直径盾构掘进非对称同步注浆地层扰动规律研究

为了研究大直径盾构施工过程中非对称同步注浆对土体扰动的影响规律，基于钱江隧道南岸始发段超大直径泥水平衡盾构施工，通过有限元方法重点模拟了盾尾同步注浆过程，并与现场监测数据进行对比分析。在既有解析解的基础上通过二次开发实现有限元模型同步注浆压力的非均匀分布模式，使其充分反映非对称注浆工况。模拟中考虑了非对称注浆压力比、注浆率和注浆缺陷分布模式（即局部注浆压力不足位置）等因素对周边地层扰动的影响。研究表明，不对称注浆压力导致沉降槽呈不规则状，注浆压力较大的一侧易发生地表隆起；不对称注浆压力比与地层损失率呈线性负相关；随着注浆率增加，深层土体沉降值不断增加，当深度增加时，这种趋势会更加明显；不同注浆缺陷分布模式对地表沉降有不同程度的影响，顶部注浆孔压力对地表沉降量的影响较大，而腰部注浆孔压力对地表沉降槽宽度系数影响较大，底部注浆孔压力对地表沉降的影响相对较小。     

深圳地铁岗厦站结构设计

针对深圳地铁岗厦站的周围环境及设计要求，在车站结构设计中采娶先进措施，保证彩田路半幅施工，半幅通车，对横穿车站的11万伏高压电缆实施原地保护，在车站中部设计了两个中庭，车站围护采用矩形人工挖孔桩，并兼作车站主体结构侧墙，采用车站中部逆筑，其它为顺筑的施工方法。