大跨度人防隧道工程下穿施工对既有地铁隧道区间结构稳定性的影响

[目的]为分析新建大跨度人防隧道工程小净距下穿既有地铁线路施工时对地铁隧道区间结构稳定性的影响,需对人防隧道下穿施工过程进行模拟研究。[方法]依托青岛某扁平大断面人防隧道下穿既有地铁区间隧道工程,建立了三维有限元模型,模拟人防隧道开挖的全过程。重点分析了人防隧道设置的中隔墙在开挖过程中的力学响应及变形规律,以及整个施工过程对既有地铁车站及其区间隧道的影响情况。[结果及结论]人防隧道中隔墙在先行洞和后行洞施工过程中呈现出明显的偏压趋势;人防隧道初期支护结构受既有地铁隧道的上部拱顶效应与中隔墙的双重作用,呈现出罕见的前大后小的“四象限”分布规律,且右侧沉降值大于左侧沉降值;既有地铁车站及其区间结构受人防隧道开挖空间效应的影响明显,其变形趋势均表现为向开挖侧移动,但其变形值均小于规范规定的预警值。     

既有隧道改造为地铁的施工力学效应研究

研究目的:哈尔滨利用既有人防隧道工程改造为地铁在我国尚属首次,隧道的改造采用了单侧扩挖与双侧扩挖的施工方式,结合数值分析与现场监测,对施工过程中的应力分布状态与拱顶、地表沉降状况展开研究,为隧道的安全施工提供理论指导和决策依据。研究结论:结合现场结构和施工工艺,借助监控量测和数值模拟手段,分析了施工过程中应力场的分布与地表沉降规律,得到以下结论:(1)单双侧扩挖施工造成的地表、拱顶沉降小于规范要求,证实施工方法是合理的;(2)应力最大值的出现位置:单侧扩挖出现在破除边墙的一侧靠近拱顶部位(最大值为2.65 MPa),双侧扩挖出现在破除边墙处和仰拱边墙交界处(最大值达到2.79 MPa);(3)单侧扩挖与双侧扩挖对隧道结构的沉降影响有明显的差异,具体表现在结构的最大沉降值及产生部位均有不同;(4)通过对比发现,两种施工方法对地表沉降的变化影响不大;(5)该研究成果能够为城市地铁建设积累经验,对类似项目的施工具有较高的指导价值。     

“先隧后站”法施工引起地表沉降分析

隧道施工引起的地层损失所导致地表沉降的规律是隧道工程领域重要的研究课题之一。以广州某地铁车站为工程背景,研究"先隧后站法"(在盾构法建成区间隧道的基础上扩挖修建地铁车站)施工对地表沉降影响。采用有限差分法程序FLAC3D对盾构推进及扩挖施工引起地表沉降规律进行模拟,同时引入peck公式法进行计算,并同数值模拟结果和实测数据进行比较,验证了数值模拟的合理性,在此基础上得出一些有益的结论。研究结果可以为车站的顺利施工提供参考依据,并且为该技术在我国的扩大应用提供部分理论支持和技术参考。     

基于有限元及灰色度分析的地铁隧道施工地表沉降预测研究

为保证地铁施工安全,提出基于有限元及灰色度分析的地铁隧道施工地表沉降预测方法。该方法使用 MADIS-GIS 有限元分析软件,构建隧道三维有限元模型,结合灰色度 GM(1,1)模型,对隧道施工中的地表沉降量进行预测,同时进行精度等级划分,从而获取高精度的预测结果。分析结果表明,该方法能够有效预测高速铁路隧道施工地表沉降,可为地铁隧道施工和运输安全提供保障。     

灰色理论在水平冻结施工隧道盾构到达洞门时地表沉降预测中的应用

盾构隧道施工中,提前预知盾构影响范围内的地表沉降对指导信息化安全施工具有重要意义.根据实测沉降数据,应用灰色系统原理和方法,通过改进常规 GM(1,1)模型建立灰色新陈代谢 GM(1,1)盾构始发水平冻结洞门的地表沉降预测模型.分析结果表明:相比常规 GM(1,1)模型,新陈代谢GM(1,1)模型能够明显提高预测精度,相对误差最大只有9.65%;对于盾构前进和冻胀—融沉造成地表变形,新陈代谢模型均能准确预测;在盾构由一个阶段向另一个阶段过渡或者施工环境发生突变时,结合新陈代谢模型预测结果和具体的施工环境,不断修正预测模型,预测结果更科学有效,预测值也更接近实际地表变形.     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

双线隧道盾构掘进对地表沉降影响的数值分析

研究目的:在双线隧道盾构掘进过程中,先开挖隧道地层变形会对后开挖隧道地层变形产生不可忽视的影响,导致双线隧道盾构掘进完成后地表沉降存在差异性。依托天津地铁某盾构区间隧道掘进工程,基于FLAC3D软件建立隧道掘进过程的有限元模型,从隧道开挖变形、地表沉降的角度分析先挖线路对后挖线路变形特征的影响,验证双线隧道盾构施工导致地表沉降的叠加效应。为保证盾构掘进过程中地表沉降不超标,通过数值模拟分析盾构土仓压力、同步注浆量和出渣量等因素对地表最大沉降量的影响,有效指导盾构隧道施工参数的选择,最后通过现场监测数据验证数值模拟结果的正确性。研究结论:(1)前序次开挖隧道对后序次开挖隧道的隧道拱顶沉降与地表沉降均存在叠加效应影响,后序次开挖隧道的拱顶沉降及地表沉降均略大于前序次隧道的对应沉降值;(2)数值模拟结果与现场实测结果的对比显示,实测地表沉降值相比数值模拟计算值分别高出5. 78 mm、4. 97 mm,隧道的管片沉降实测值与计算值误差均在5%以内,数值模拟计算误差均处于可控范围内,一定程度上验证了数值模拟结果的正确性;(3)本研究结论在城市地铁盾构(TBM)法施工领域,对地表沉降控制方面的机理研究和实践操作有较好的应用效果。     

含联络通道地铁区间隧道扩挖形成新建车站施工过程的围岩变形分析

[目的]重庆轨道交通9号线邮轮母港站是将原区间隧道(含联络通道)进行扩挖施工而建成的地铁车站。该工程的地质条件、围岩初始应力场和原区间隧道结构均较为复杂,为确保施工安全,需要对施工过程中区间隧道的复杂力学行为进行分析研究。[方法]在简述该扩挖工程概况的基础上,建立了采用各向异性节理岩体弹塑性模型的三维有限元数值模型,进一步确定了该模型的几何特征、地层特征、结构特征及工序特征。选取了3条测线(联络通道中心线、左线大里程区间隧道中心线、右线小里程区间隧道中心线),分别对这3条测线上方的地面沉降,以及左线隧道、右线隧道的洞周变形进行分析,并将模拟值与实测值进行对比,以研究区间隧道扩挖施工过程中围岩和结构的变形特征。[结果及结论]对模型的模拟结果与施工实测结果进行对比后可认为所建模型具有合理性;联络通道扩挖施工会导致隧道洞周收敛变形明显增大,区间隧道原联络通道位置与施工主通道交汇处的洞周变形最大。应对联络通道内进行渣土回填,以确保隧道扩挖施工的安全、顺利实施。     

复合地层曲线盾构隧道施工环境影响分析研究

以南京地铁7号线万寿村站—丁家庄站区间工程为背景,建立复合地层曲线盾构隧道三维数值仿真模型,利用现场实测数据验证数值模型的可靠性。计算分析隧道曲线半径和地层分布对施工环境的影响规律,分析得出曲线隧道施工造成的超挖量对地表沉降影响显著,超挖量越大,沉降量越大,10mm超挖量会导致约2.08mm的沉降增量;隧道于复合地层中掘进时,开挖面软弱土体占比越大,地表沉降越大,土体占比升高10%,地表沉降增大约2.1mm。     

高寒地区地铁区间扩挖改造施工技术探讨

哈尔滨地铁一段长859 m的区间线路,利用既有人防隧道单侧扩挖改造。采用荷载—结构分析法研究既有人防隧道结构破除对既有结构内力的影响,考虑冬季施工地层与结构之间的相互作用,进一步应用地层—结构分析法以研究径向注浆效果、跳槽法施工工效。最后详细介绍了既有隧道单侧扩挖改建工艺,可为类似工程提供参考。     

既有隧道扩挖改造的施工控制及数值模拟研究

研究目的:由于既有人防隧道的扩挖改造施工在国内鲜有实例,本文综合应用监控量测技术和有限元分析理论,模拟研究结构单双侧扩挖动态掘进各阶段的位移、变形及受力特征,并将数值模拟结果与实测结果进行了对比分析,通过完善施工方案并加强施工控制,保证施工安全。研究结论:(1)单、双侧扩挖造成的地表最大沉降值、围岩结构应力等主要指标均满足规范和设计要求,表明制定的施工方案合理;(2)随着整个隧洞的扩挖,围岩结构呈拉应力减小、压应力增加的趋势,其最大拉应力在施作初期支护和临时支撑时剧减,其最大压应力在顶部结构凿除时剧增;(3)单侧扩挖每次凿除2 m既有结构,地表的最大沉降值达到15.10 mm,而双侧扩挖每次凿除1 m既有结构,地表的最大沉降值达到23.67 mm,此值非常接近设计警戒值(24 mm),施工的时候应该严格控制;(4)提出了采用临时竖撑预支加固、先侧墙后仰拱、径向注浆、管棚支护和跳槽扩挖等施工方法和措施,使既有结构内力变化在可控范围内,有效地控制了拱顶沉降、仰拱上浮和地层位移,保障了结构和施工安全;(5)通过总结既有人防隧道扩挖改造施工过程中围岩、地表、衬砌结构等的变形规律,为同类工程的设计和施工提供借鉴。     

灰色GM（1，1）模型预测沉降的局限性分析

考虑现场沉降监测数据的不等时间间隔性及数据的不断更新性,建立了不等时距等维新息GM(1,1)沉降预测模型并研发了相应的预测程序RIID,将其应用于实际工程的沉降预测,验证了预测模型合理性和程序的可行性。分析了实测数据时间间隔和预测步数对GM(1,1)模型预测精度的影响。结果表明:数据时间间隔相差太大,将导致模型失真;GM(1,1)模型只能进行短期预测,若要预测未来较长时间内的沉降,必须有新增数据,这就使得该模型在实际工程中的应用受到限制。     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

不同埋深下近距交叠隧道施工地表变形研究

为研究不同埋深下近距交叠隧道施工引起的地表变形交互影响效应,以青岛地铁2号线枣山-李村站与3号线万年泉-李村站相互交叠区间隧道为工程原型。通过FLAC3D动态模拟和分析不同埋深下地表变形规律可知:不同埋深下地表变形趋势不同,埋深越大,受下穿施工影响越小,纵向变形逐渐由双峰沉降曲面向单峰沉降过渡;不同埋深下变形区域不同,埋深越大,变形区域逐渐由交叠隧道沿线向交叠区域中心发展;当埋深超过30 m时,下穿施工对地表影响较小;同时,提出不同埋深下地表沉降变形趋势经验公式。并结合工程应用验证上述分析的可靠性及适用性。     

建筑物下地铁车站横向扩挖数值模拟分析

以成都地铁7号线火车北站在既有建筑物下横向扩挖工程为背景,采用弹塑性有限元模型对横向扩挖施工过程进行数值模拟,分析该扩挖工程不同扩挖宽度、不同车站层数施工时引起的地表沉降、建筑物基础沉降和掌子面水平位移的规律,以及扩挖前超前大管棚的加固效果。研究结果表明,各工况所产生的地表沉降、基础沉降与相对沉降、掌子面水平位移均较小,满足施工要求和不同的施工情况。     

区间扩挖隧道纵向穿越立交桥施工加固技术

哈尔滨市轨道交通一号线铁路局至教化广场区间隧道为扩挖隧道,穿越立交桥桩基。详细介绍该区间隧道扩挖的施工方法、加固方案的选择和确定,并通过对立交桥桥墩和地表进行沉降观测,指导扩挖施工顺利进行,从而保证施工风险可控。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

暗挖地铁隧道下穿既有建筑物沉降变化规律研究

依托西安地铁4号线某浅埋暗挖地铁区间隧道下穿既有建筑物工程,采用数值模拟与现场监测相结合的方法进行研究。研究结果表明:在下穿既有建筑物时,CRD(交叉中隔)工法产生的地表及建筑物沉降最小,上下台阶预留核心土法诱发的变形最大,CD(中隔墙)工法位于两者之间,区间隧道下穿既有建筑物宜采用CRD工法进行施工;隧道正穿既有建筑物施工对建筑物竖向沉降影响较大,对差异沉降影响较小,而旁穿时引起的差异沉降较大;采取保护措施后,利用CRD工法进行施工引起的地表以及建筑物沉降均在可控范围内,保证了建筑物的安全。     

软土地区明挖隧道施工引起周边建筑沉降的预测方法

提出了软土地区明挖隧道施工对周边建筑物影响的简化预测分析方法。利用改进的地表沉降偏态分布公式并结合宁波软土地区公路及地铁隧道明挖施工时的变形统计规律,得到了坑外地表沉降的预测方法。探讨了以地表沉降直接估算浅基础建筑沉降方法的合理性,建议在估算时考虑浅基础建筑层数的影响。通过分析地表沉降与桩基础抵抗变形能力之间的关系,提出对地表沉降进行折减获得桩基础建筑沉降的预测方法。最后,通过工程实例验证了该方法的实用性。