基坑开挖引起盾构隧道位移的控制措施研究

为了研究软土区深基坑施工对邻近既有盾构隧道变形影响及保护措施,以杭绍甬高速公路明挖隧道与杭州地铁1号线盾构隧道交叉节点工程为依托,采用有限元数值模拟方法,依次分析了采取不同工程措施后,盾构隧道主体结构的变形情况,并将计算最终位移变形量与实际监测位移结果进行了对比。结果表明:上方基坑开挖对下方盾构隧道的影响显著,在无任何辅助加固措施情况下,盾构隧道最大竖向变形量远超允许变形量;采用地基加固、抽条开挖、“门式框架”、及时反压等工程措施后,对盾构隧道竖向位移的控制作用显著;现场位移监测结果与数值模拟位移结果相吻合,表明本文提出的工程措施合理可行。     

区间隧道暗挖施工对近距离既有铁路隧道的影响

以重庆轨道交通4号线一期工程民安大道站—重庆北站(北广场)区间隧道下穿渝怀铁路隧道施工为背景,采用数值模拟的方法对岩质地层隧道常见的全断面法和台阶法2种施工方法近距离下穿既有隧道的影响进行有限元数值模拟分析,以研究不同施工方法对既有隧道应力、位移的影响。计算结果表明:2种隧道开挖方式在未穿越上部既有铁路隧道时,对围岩的影响无明显区别,而在穿越既有隧道及开挖完成后,对既有隧道产生的不均匀沉降全断面法较大,但全断面法在施工速度上较台阶法开挖更快。     

盾构正交下穿引起双线隧道竖向位移的时空效应分析

盾构下穿既有运营线路一直是地铁施工的重、难点,尤其是在复杂地质条件下,此类工程的施工风险将大大增加。针对南宁轨道交通3号线在圆砾层、砂层地质条件下盾构成功下穿既有1号线的工程实例,通过现场实测数据,分析了复杂地质条件盾构隧道依次下穿双线隧道过程中两条既有隧道结构竖向位移与盾构掘进各阶段的时空效应。结果表明,当盾构刀盘下穿既有线路时,既有线断面产生的沉降较小,而盾尾下穿既有线路时,既有线断面累计沉降量发展迅速;盾构后下穿下行线时累计变化量及影响范围均小于先下穿的既有线上行阶段;盾构机在刀盘距离既有线路水平距离约1D(洞径)左右开始影响既有线路。研究结果可为同类工程提供借鉴。     

类矩形盾构隧道下穿引起既有隧道竖向位移计算方法研究

为探究类矩形盾构隧道施工对既有隧道造成的影响,得到既有隧道竖向变形规律,基于随机介质理论并结合累积概率曲线计算土体损失造成的土体竖向位移,再通过转动错台协同变形模型计算既有隧道竖向位移;针对新建类矩形盾构隧道下穿既有隧道,以土体损失作为造成既有隧道沉降的唯一因素开展室内模型试验,并对拱顶位移进行施工全过程测量,将实测值与理论计算结果进行对比验证。研究结果表明： 1）理论计算结果与实测值较为吻合,证明了理论计算方法的可靠性; 2）类矩形盾构隧道下穿既有隧道造成既有隧道沉降的规律与圆形隧道一致; 3）由于土体损失,新建隧道下穿会导致既有隧道发生沉降,在新旧隧道投影交汇处的既有隧道拱顶变形最大; 4）既有隧道拱顶沉降变形随着开挖面的掘进逐渐增大,且存在一个快速变形的阶段。     

复合式盾构隧道下穿珠江北航道的掘进过程对环境影响研究

针对珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段复合式土压平衡盾构隧道下穿珠江北航道的掘进过程进行了研究，结果表明:通过数值模拟分析左、右线隧道开挖后，其拱部最大垂直位移和最大水平位移分别小于竖向位移、水平位移允许值，验证了衬砌结构安全性；断面最大位移满足沉降要求，下穿珠江施工对环境影响较小。通过现场监测得出隧道开挖完成后，河床泥面最大位移以及拱顶沉降和洞径收敛值，远小于控制标准，单次沉降小于预警值，总体上满足设计要求。     

盾构隧道埋深对临近铁路桥梁的影响分析

为研究盾构隧道下穿临近铁路桥梁过程中隧道埋深对既有桥梁沉降变形及水平位移变化的影响,以武汉地铁3号线区间盾构穿越铁路桥梁工程为依托,利用有限元软件ANSYS对不同隧道埋深（2D、2.5D、3D（D为隧道直径））下桥梁的梁体结构、轨道线路及桩基位移等进行对比分析,并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大会引起桩基、梁体及钢轨等结构竖向位移的增大,当隧道埋深为18 m时,墩台最大沉降超过了限制值; 2）隧道埋深分别为12、15、18 m时,桥梁墩台及梁体结构均表现出以沉降为主的变形,而水平位移变化幅度较小; 3）在满足地表沉降限值的条件下可适当减少隧道埋深,以控制隧道开挖引起的上部桥梁、钢轨等结构物变形。     

预留核心土法施工穿越断层破碎带隧道的围岩变形分析

以某穿越断层破碎带隧道工程施工为依托,借助FLAC 3D有限元分析软件,数值模拟分析穿越断层破碎带隧道在预留核心土法施工时隧道围岩变形情况,并通过布设相应监测点,分析开挖过程中监测点的位移变化情况,得到拱顶沉降、拱腰水平位移、仰拱隆起位移以及对应最大变形量变化规律。分析发现在开挖至破碎带临近区域围岩位移发生突变,在相应部位支护施工需采取必要的加强措施;使用预留核心土法施工该断层破碎带隧道,围岩整体变形不大,施工安全可控。     

浅埋暗挖隧道零距离下穿既有地铁车站施工方案优化研究

浅埋暗挖隧道近距离下穿施工会对既有结构产生显著影响,解决好下穿施工引起的既有结构沉降变形问题,对城市地下交通的建设和发展具有显著意义。以北京地铁6号线东四站-朝阳门站区间隧道零距离下穿既有5号线东四站为工程背景,在施工过程中开展数值模拟与现场监测相结合的研究工作,对隧道施工方案进行优化并总结分析零距离穿越施工对既有结构的影响。研究成果表明： 1）在隧道开挖轮廓线两侧2 m内进行全断面注浆能够显著提高穿越段的土体强度,有效降低既有地铁车站的沉降变形; 2）千斤顶顶撑能够对既有结构底板提供支撑反力,不仅限制了既有结构的沉降变形,而且减小了穿越施工对既有结构的影响范围,确保既有结构的最大沉降值控制在3 mm以内。     

共用地下连续墙深基坑影响下地铁车站与隧道节点变形分析

为了分析深基坑与地铁车站共用地下连续墙影响下车站和隧道连接节点的变形特性,保护地铁线路运营的整体安全,通过现场测试和数值模拟展开研究。根据上海地区深基坑与地铁车站共用地下连续墙工程实例的现场测试数据,分析了开挖施工过程中车站与地铁盾构隧道的竖向位移分布特征,并采用三维数值模型研究了共用地下连续墙深基坑开挖深度、相对位置对车站与隧道节点变形的影响,探讨了车站与隧道节点的曲率半径、相对弯曲的发展变化规律,并判断其安全状态。测试结果与数值分析均表明,车站与隧道节点变形比隧道最大沉降处更加不利;节点的曲率半径随基坑开挖深度的增加而减小,相对弯曲随基坑开挖深度的增加而增加;基坑与车站完全共用地下连续墙或远离隧道时,节点处的曲率半径相对较大。     

高速公路扩建对下伏高速铁路隧道安全状态的影响研究

依托连霍高速公路扩建工程通过郑西高铁阌乡隧道上方这一典型案例,采用FLAC3D有限差分程序对施工过程进行三维仿真分析。从横断面、纵剖面的变形两个方面对高速铁路隧道安全状态进行了研究。从纵剖面来看,仰拱位移普遍小于拱顶位移,且受地形和隧道与开挖区域的相对位置影响,最大位移发生在50 m位置处的拱顶,量值为6.3 mm,每10 m的最大差异沉降为0.97 mm,小于高速铁路轨道变形要求;从横断面来看,隧道结构由于上部开挖导致卸荷效应,整体呈现隆起趋势,其位移方向趋向于开挖区域。现场施工和监测表明通过采用竖向分层、纵向分段的开挖方式,阌乡隧道的结构变形量得到有效控制,保证了扩建工程的施工安全与高速铁路隧道的运营安全。     

天津地铁盾构隧道四线交汇掘进数值分析

为解决多条近接隧道施工时后行隧道开挖对先行隧道结构造成的不利影响,以天津地铁5、6号线四线交汇隧道为研究对象,选取典型复杂断面,采用数值软件FLAC3D,模拟富水地层中四线交汇隧道开挖时隧道结构之间的相互影响规律。结果表明： 该复杂断面处,后行隧道施工使先行隧道整体位移具有偏向开挖隧道移动的牵引趋势,且先行下部隧道竖向整体位移较横向整体位移变化更为显著。在渗流作用下,先行下部隧道施工产生的地表沉降量及沉降范围相比后行上部隧道较大,验证了富水地层中渗流作用对土体变形影响程度及范围均远大于开挖应力释放的影响。     

地铁深基坑施工对邻近隧道的变形影响分析

为研究地铁深基坑邻近隧道施工时既有隧道的受力与变形特性,以南京地铁9号线管子桥站基坑工程为背景,通过三维有限元分析,研究基坑开挖引起的既有隧道的受力与变形特性,计算结果表明：地铁基坑开挖引起的既有隧道最大沉降值为7.32 mm,最大水平位移为5.74 mm,隧道变形满足相关规范要求;隧道主体沿Y方向和Z方向产生的位移远大于沿X方向产生的位移;基坑开挖时,隧道敞开段与暗埋段会产生沉降差异,施工时应采取相应措施控制沉降差。     

复杂条件下暗挖隧道近距离穿越施工对既有桥梁的影响研究

为研究地铁隧道近距离穿越桥梁施工过程中的变形特点,基于深圳地铁5号线南延段某区间隧道下穿兴海大道立交桥工程,采用FEM方法对1#桥墩性状影响进行数值模拟分析。结果表明： 1）同侧桥梁上部结构沉降规律相同,最大值对应右线隧道正上方; 2）到隧道开挖面距离越小,桥梁结构受影响程度越大; 3）当开挖面到桥桩距离L=7D（跨径）时,桥桩开始受到施工影响; 4）当L=3D时,桥桩沉降速率显著增大; 5）隧道上方桥桩竖向沉降变形最大,且沉降随埋深增大而增大; 6）桥桩上部水平位移方向指向隧道,桥桩下部水平位移方向相反,且横向位移极值随桥桩到隧道距离增大而减小。采用层次分析法提出隧道施工过程中桥梁变形控制标准,并对减小沉降变形措施提出建议。隧道顺利穿越城市立交桥,验证了分析结果的合理性。     

基坑开挖对区间隧道管片结构的受力模拟分析

软弱土层地区基坑开挖对临近地铁隧道影响较大,基坑在施工开挖中,如何保证隧道的稳定和安全是基坑施工必须考虑和重视的问题。本文结合三维有限元软件Midas-GTS数值模拟计算基坑开挖对地铁隧道的影响,结合现场监测结果,来分析基坑设计方案的合理性。分析结果为:基坑开挖后,隧道竖向位移与水平位移整体有上浮趋势,能够保证基坑开挖过程中隧道管片结构的安全性。经过现场监测和实际施工验证,三维有限元软件MidasGTS数值模拟计算与现场监测隧道竖向、水平位移的趋势和结果基本吻合,能够有效指导现场施工,可为后续类似工程提供一定参考作用。     

兴泉铁路绿谷二号隧道上跨施工对既有福厦铁路陈坝隧道影响研究

为了研究隧道穿越施工对既有隧道结构的影响,该文以兴泉铁路绿谷二号隧道上跨既有福厦铁路陈坝隧道工程为背景,采用有限元数值模拟方法,研究新建隧道上跨施工对既有隧道的位移场及应力场影响的变化规律。研究结果表明：绿谷二号开挖对既有陈坝隧道的影响区域大致为立交段前后60 m范围内,最大隆起量1.04 mm,最大水平收敛位移0.254 mm,满足位移控制标准;与新建隧道未开挖前相比,既有陈坝隧道的轴力减小了0.74%,弯矩减小了6.7%～1.6%,剪力减小了1.5%～7.7%,满足隧道衬砌强度的要求;既有陈坝隧道衬砌的总体安全系数大于2,衬砌的安全系数满足要求。该文数值模拟结果与实测结果具有较好的一致性,可为实际施工方案提供参考。     

盾构超净距下穿既有10号线特级风险源微沉降控制技术研究

为深入研究新建盾构隧道下穿既有运营地铁线路的合理技术措施,结合北京地铁12号线西坝河站~三元桥站盾构区间超净距(2.18m)下穿既有线10号线盾构区间工程,首先基于FLAC3D进行三维施工模拟分析获得穿越既有线路沉降变形,根据计算沉降对掘进各项技术措施进行优化,并依据穿越过程中实时监测数据反馈,快速进行多次补浆,成果实现了既有线结构的微沉降控制,穿越完成后既有线10号线的最终最大累计沉降变形为-0.54mm、-1.23mm,远小于既有结构沉降3mm的控制标准,可为类似净距穿越施工提供施工经验及参考。     

不同开挖方法对软弱围岩隧道影响模拟研究

软岩隧道施工过程中,围岩变形较大,造成工程安全隐患。依托五峰隧道工程,通过有限元软件模拟台阶法、CD法和环形开挖预留核心土法在开挖软弱围岩隧道时的变形规律,结果表明,CD法开挖完成后产生最大竖向位移最小,初支受弯矩更均匀,最大竖向位移最小。因此,在软弱围岩进行隧道开挖时优先选用CD法,条件不满足时可选择环形开挖预留核心土法。     

下穿隧道对既有桥梁结构影响的数值分析

依托某隧道穿越立交桥工程,运用MIDAS-GTS数值计算软件对隧道穿越既有桥梁桩基础、桥面、隧道衬砌的变形与内力变化情况进行分析。结果表明:受隧道掘进的影响,该桥梁临近桩基的顶部产生侧向位移与轴力最为明显,分别为4.48 mm、3057 kN;桥面中部沉降最大,为3.87 mm;隧道衬砌的顶部产生的竖向位移最大,为2.98 mm;隧道掘进对既有桥梁各方面的影响均在合理范围之内,满足隧道施工与桥梁运营安全的各项要求。对盾构掘进,提出了有关建议。     

新建市政立交施工对既有铁路路基稳定性影响分析

为研究新建市政立交邻近铁路施工对既有铁路路基稳定性的影响规律,以S43呼和浩特机场高速公路什不更互通工程为例,对邻近铁路桩基开挖过程中的基坑支护结构位移、周围地表沉降、铁路路基沉降等通过有限元模拟进行了系统分析。结果表明：支护结构产生的最大水平位移为3.6 mm,距离支护结构5.34 m位置处的地表沉降量最大,其值为5.6 mm;新建市政立交施工引发的铁路路基最大累计变形均发生在靠近主线主墩位置附近,竖向沉降最大值为-3.07 mm,各测点的最大变形量均小于路基变形预警值。基坑支护结构强度较大时会使既有铁路路基发生轻微隆起,但随着支护结构的拆除,基坑周围土体向内部卸荷,路基仍以沉降为主。研究成果可为同类工程的施工提供参考。     

山岭隧道断层破碎带富水段开挖方法的对比分析

以小北山1号隧道为研究对象,采用FLAC3D有限元模拟分部开挖的几种工法,对隧道穿越F3断层破碎带处的开挖过程进行了模拟。针对4种不同施工工法情况下竖向位移、围岩应力以及塑性区进行了对比分析,结果表明,采用预留核心土法时得到的底部隆起、拱顶沉降量和拱脚最大主应力是四种工法中最小的;尽量减小对围岩体的扰动可以对隧道顶部的沉降控制起到一定的作用;拱肩处出现的受拉塑性区在施工过程中容易造成洞室的整体失稳,需及时支护。