盾构隧道联络通道施工力学行为数值模拟分析

以广深港客运专线狮子洋隧道为依托,采用三维有限差分法FLAC3D,模拟盾构隧道与联络通道组成的空间交叉结构的施工过程。结果表明,由于联络通道的施工,使盾构隧道的变形由对称变形转为不对称变形,并使与联络通道相连接的交叉部管片产生应力集中,导致开洞侧管片及联络通道结构自身产生上下截面整体受拉的不利受力形式。应注意对开洞侧管片及联络通道靠近开洞口处混凝土进行适当的加厚并增加配筋量。     

联络通道施工对隧道T接结构的受力影响研究

在软弱地层施工地铁隧道联络通道会造成隧道结构局部应力集中,严重时可导致管片开裂等现象。为解决这一问题,利用ABAQUS有限元软件建立主隧道与联络通道结构模型,通过改变联络通道掘进长度与联络通道底部基床系数等因素,探究机械法联络通道T接隧道建设对主隧道结构的影响。研究发现：联络通道施工荷载使隧道发生横向扭剪变形,可导致施工过程中纵向顶推转角发生变化;随着联络通道掘进长度的增加,主隧道与联络通道管片应力不断增大;联络通道靠近主隧道上方管片受力变形大于主隧道上方（应力增加17%、变形可达4倍）;随着基床系数减小,隧道结构整体受力变形呈增大趋势（应力增大44%、沉降增大34%）。研究成果可为相关工程安全建设提供参考。     

盾构隧道联络通道施工中管片纵向应力变化

阐述地铁隧道联络通道施工过程中进行实时监测的重要作用,介绍钢弦式应变计的测试原理及安装方法.研究盾构隧道拆除联络通道洞门管片时的纵向应力变化规律,利用应变电测法,对北京地铁盾构法隧道某联络通道开洞过程进行应力监测,为保证施工部位和周围环境的安全提供可靠的监测数据.对监测数据进行统计,并对钢管片相邻的混凝土管片受力进行对比,分析施工引起的盾构隧道管片的应力变化规律,为工程的顺利进行提供指导.     

城际铁路盾构联络通道冻结法施工技术

以珠机(珠海市区—珠海机场)城际铁路橫琴隧道金融岛车站—3号工作井区间3~#联络通道(与泵房合建)为工程背景,针对联络通道冻结法施工形成的形状复杂的冻土帷幕结构,利用FLAC 3D对冻结法施工进行了数值模拟,并与现场监测数据进行对比分析,得出冻结帷幕的变形特性、应力分布特性以及开挖造成的隧道周围管片应力的重新分布情况。研究结果表明:联络通道开挖前对通道内土体预加固能有效改善拱顶和拱底的受力状态;喇叭口是整个冻土帷幕的最薄弱处所,施工中须特别注意;联络通道开挖容易使主隧道管片处于受拉状态,且拉应力多分布在开口环的对侧。     

盾构法修建正交下穿地铁隧道对上覆隧道的影响分析

在地铁工程中,常采用盾构法修建正交下穿隧道,新隧道的掘进不可避免地对既有隧道产生影响。采用三维有限元方法对正交下穿盾构隧道施工进行模拟,分析新隧道动态掘进时既有隧道位移、变形和内力的变化规律。模型中考虑了盾构机与管片衬砌的相互作用,以及管片衬砌结构的横观各向同性性质。计算结果表明,新隧道施工时既有隧道将产生不均匀沉降、不均匀侧移和扭转,且在对称面上出现最大值。对称面上管片的变形与受力出现先“加载”、后"卸载"、再“加载”的特点,同时该处的纵向弯矩不断增大,并在隧道底部产生较大拉应力。本文所研究的内容可为类似工程的施工提供参考。     

天津地铁3号线盾构法施工技术

天津地铁5号线第10标段位于天津市繁华地段,交通繁忙,地质复杂,工程大部分地段是软土地层。根据地质勘察资料,确定隧道盾构总体施工方案。论述隧道盾构施工主要工艺、联络通道及端头冻结加固、盾构法施工变形控制,提出对地面隆陷、建筑物下沉及倾斜、地下管线及隧道管片变形进行监测,提出采用盾构前方隆陷控制、盾构掘进沉降控制和固结沉降控制等措施控制地面变形量。采用盾构法施工具有较高的技术经济性。     

非连续模型下桩基对既有盾构隧道变形的影响

基于非线性接触理论,在管片间简化设置挤压与摩擦关系模拟管片接头结构,以贵州省某市实际工程为背景,建立非连续接触盾构隧道模型,分析桩基施工与承载阶段对既有盾构隧道变形的影响。研究结果表明：本工程中,桩基承载阶段对土体竖向的主要影响范围约为桩径的15倍、桩长的1.7倍,对土体侧向的主要影响范围约为桩径的5.5倍、桩长的0.6倍。综合变形较大值主要集中在拱顶、拱腰以及拱底处,盾构隧道在非连续模型下受力变形时,管片间出现明显错台,这表明本模型能较好地模拟出既有盾构隧道在桩基施工承载时的受力变形。桩基施工阶段,竖向变形最大值出现在拱顶部位,约为0.21mm。桩基承载阶段,竖向变形最大值仍出现在拱顶部位,约为0.73mm,盾构隧道在竖向变形上主要受桩基承载阶段影响。桩基施工与承载阶段,横向变形最大值均出现在线内拱腰处,分别约为0.21mm与0.23mm,横向变形值增量不大,盾构隧道在横向变形上主要受桩基施工阶段影响。     

基于混凝土弹塑性损伤本构模型的盾构管片受力分析

在混凝土弹塑性损伤本构模型的基础上,考虑盾构管片拼装块与连接螺栓的非连续性和拼装块之间的接触关系,建立三维非连续接触计算模型。以苏州某地铁盾构隧道工程为例,对盾构管片的受力状况进行模拟计算,并与惯用法模型和修正惯用法模型的计算结果进行对比分析。结果表明:盾构管片内拱顶K拼装块部分区域的损伤因子超过了损伤临界值,这些部位将产生明显可见的裂缝;盾构管片拱顶与拱底内侧的受拉区域均产生了塑性变形,拱顶K拼装块的塑性区深度达到截面宽度的55%;盾构管片最大内力组合在两侧拱腰管片的接头处;三维非连续接触计算模型可以更好地反应管片接头对内力的影响和管片混凝土材料的受力及变形特性;模型中盾构管片接头处接触单元的设置消除了其他模型中接头刚度差异对计算结果的影响,对盾构管片抗压刚度及抗弯刚度均会产生影响。     

北京地铁10号线区间隧道盾构施工质量控制要点

结合北京地铁10号线一期工程区间隧道盾构施工情况。重点介绍盾构施工质量控制的要点。主要包括管片生产质量、盾构掘进与管片拼装、防水施工工艺控制、联络通道质量、洞门施工质量等方面,供从事盾构施工的同行或其他相关人员参考。     

盾构下穿施工对既有隧道管片接头力学性能影响机制研究

基于多尺度混合建模技术和非线性接触理论,建立考虑管片接头细部构造和静动应力累积的盾构隧道精细化数值计算模型,研究盾构正交下穿施工扰动下,既有隧道管片结构(含接头)的静动力力学特性。研究结果表明:新建盾构隧道的下穿施工将引起既有隧道管片结构纵向不均匀下沉,并伴有一定的扭转;管片接头变形、螺栓内力和接头混凝土应力均表现出波动性增长,其峰值出现在既有隧道中部及其前后约6 m处;下穿施工扰动下,既有隧道管片拱腰处纵缝接头张开量的增加与拱底环缝接头错台量的增长分别对隧道的防水及螺栓受力不利;螺栓所在位置拉应力集中明显且显著增长,接近管片混凝土极限抗拉强度。在列车荷载作用下,管片接头变形,螺栓内力和管片应力3项指标表现出相似的变化规律,在轮轨经过时,量值迅速增大并产生剧烈波动,其中螺栓剪力和动拉应力在轮轨荷载交替时存在一定叠加效应。     

串珠形溶洞区盾构隧道稳定性研究

为了研究复合地层串珠形溶洞地质条件下盾构隧道的稳定性,依托广州地铁12号线棠溪站—南航新村站区间工程,采用数值模拟方法,系统研究溶洞的位置、直径和距离及充填处理情况对隧道管片变形、管片受力及岩土塑性区的影响。结果表明：因盾构施工扰动,易引起地表坍塌、管片变形等问题,隧道影响范围内的土洞必须严格处理。考虑到隧道拱顶位于强风化带或土层,隧道上方溶洞对隧道变形和受力的影响最大,侧方溶洞次之。间跨比一定时,随着溶洞直径的增加,管片拉应力快速增加;跨度比一定时,随着溶洞距离的增加,管片拉应力急剧减小。无填充条件下,近距离侧方溶洞易引起管片拉力和变形超过规范阈值,管片变形偏心向溶土洞方向发展。全充填或注浆条件下,管片应力和变形情况得到明显改善。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的结构方案及其关键节点受力和变形

针对北京地铁14号线将台车站结构方案存在的不足,提出1种基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的塔柱式结构方案,并建立三维非连续接触模型,研究塔柱式结构关键节点的受力和变形.结果 表明:盾构隧道和车站2边主体结构的施工,对管片纵缝的张开和错台影响显著,但对管片环间错台影响不明显;横通道施工对管片纵缝的张开和错台影响较小,开口环...     

运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程变形特征分析

结合某地铁区间隧道,研究了运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程中的管片变形特征及其影响。阐述了该区间隧道变形的测量方法与结果。对运营地铁盾构隧道管片收敛整治微扰动施工过程中产生的隧道变形进行了实测,并选取下行线测试数据进行分析。结果表明:自注浆开始至注浆结束,由下行线监测区间微扰动注浆施工引起的隧道管片形状由压扁状逐渐向撑圆状变化;受水平位移和道床沉降影响的隧道管片范围为10环,受收敛位移影响的隧道管片范围为20环;受注浆施工叠加影响,隧道管片最大的水平位移、水平和竖直收敛及道床沉降均发生在注浆区间中部位置。     

联络通道冻结法施工对盾构隧道影响研究

冻结法加固目前已大量使用于富水地层隧道加固,如盾构始发接收、联络通道开挖。本文依托地铁盾构隧道联络通道工程实例,探究宁波地区冻结法施工过程中黏土冻胀和融沉机理,并通过冻结区温度、位移监测数据分析来讨论联络通道冻结法施工对隧道的影响,得出宁波地层易出现融沉及跟踪注浆的必要性,并得出了冷冻交圈时间及冷冻交圈形成后隧道影响变小,以及联络通道开挖易造成附近隧道结构上浮等结论,为盾构隧道联络通道冻结法施工工程提供借鉴和参考。     

大直径盾构始发阶段负环管片及螺栓受力优化分析

为进一步改善负环管片及螺栓受力、保障施工安全性,依托广州地铁18号线沙溪站至石榴岗站区间盾构始发工程,采用MIDAS/GTS有限元分析软件建立负环管片精细化模型,研究负环管片及螺栓在大直径盾构始发全施工期内的变形情况与应力特征.结果表明:负环管片变形主要受自重影响,除中间部分负环变形不稳定外,整体上位移呈沿纵向快速减小...     

新建隧道下穿施工对既有上卧盾构隧道扰动影响规律研究

针对新建盾构隧道下穿施工时,对既有上卧盾构隧道结构的扰动影响问题,应用非线性接触理论和多尺度混合建模技术,建立三维非连续精细化数值模型,重点分析隧道正交下穿施工扰动下,既有上卧盾构隧道管片与接头受力和变形规律。研究结果表明:新建隧道下穿施工诱发既有上卧盾构隧道整体下沉,表现为隧道结构竖向收敛波动和仰拱沉降显著;纵缝接头变形以张开为主,环缝接头变形以错台为主,且同一环中拱顶处变形最大;环缝接头应力集中明显,靠近交叉点处管片环缝的最大、最小应力均接近混凝土强度设计值,局部裂损风险高;受下部开挖影响,上卧盾构隧道环缝接头螺栓剪应力值增加显著。     

考虑管片环向接头效应的盾构近距离施工影响分析

由于受地质条件和施工水平的制约,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道施工过程中,除引起地表沉降外,对既有隧道也将产生不利扰动影响。针对新建盾构隧道近距离垂直下穿既有运营隧道施工形式,重点考虑盾构管片环间接头非线性特征,构建三维弹塑性有限元模型,对穿越施工进行全过程模拟,对比分析盾构隧道近距离穿越施工引起既有隧道的受力和变形,并基于弹性铰接圆环模型,结合隧道结构力学理论计算方法对数值模拟结果进行比较验证。研究表明:盾构穿越施工期间,既有隧道顶部和底部的变形量均呈增大趋势,加入螺栓之后的既有隧道变形较均匀;既有隧道底部的变形增幅相对顶部变形偏大,管片环间加入螺栓时,既有隧道顶部和底部的变形大小趋于接近。     

过江盾构隧道联络通道施工技术

通过对注浆设备优化改造后对富水联络通道管片背后注浆,联络通道开口处受力转换后采用钻孔抽芯拉除管片,通过红外线技术动态调整爆破参数,运用组合模板对异型断面联络通道进行二衬施工技术,较好地解决了联络通道施工技术难题。     

大直径盾构隧道新型扩挖结构关键构件力学特征分析

结合北京地铁14号线?10m盾构隧道扩挖车站试验段工程,研究分析采用盾构中洞—边桩法扩挖修建地铁车站施工过程中结构体系的受力转换、受力行为及变化特征。通过地层结构数值模拟方法,动态分析确定盾构管片、边桩导洞、中导洞扣拱初衬及中柱等构件的内力和变形特征。研究结论可为类似工程的设计和施工提供参考。     

盾构横通道冻结法施工数值模拟及现场应用研究

以珠机城际横琴隧道3#工作井～金融岛车站区间4#横通道为工程背景,采用冻结加固设计方案进行施工,并取得了良好的加固效果。针对横通道冻结法施工形成的形状复杂的冻土帷幕结构,利用FLAC3D对冻结法施工进行了数值模拟研究,通过对比现场监测数据,得到冻结帷幕的变形特性、应力分布特性以及开挖造成隧道周围管片应力的重新分布情况等。研究表明:拱顶沉降的数值模拟结果与现场监测值基本相同,说明数值模拟具有一定的科学性和合理性;横通道开挖前对通道内土体预加固能有效改善横通道拱顶和拱底的受力状态;喇叭口处作为整个冻土帷幕的最薄弱处,施工中需特别注意;横通道开挖容易使主隧道管片处于受拉状态,且拉应力多分布在开口环的对侧。