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%。     

盾构下穿高铁路基沉降控制标准及控制措施分析

为研究盾构隧道下穿高铁路基的沉降控制措施及其效果,以西安地铁 1 号线三期工程盾构下穿徐兰高铁 段工程为背景,通过对现行规范及既有类似工程案例的分析、结合既有无砟轨道的现状,确定了本工程隧道下穿 高铁无砟轨道路基的控制标准,并以此选定了盾构隧道下穿高铁路基的盾构、加固以及辅助控制变形措施,依据 施工方案并结合工程实际情况,理论分析了影响分区的判别准则及判别阈值,进而划分了铁路路基受到不同影响 的分区,通过数值模拟的方法分析拟定施工方案的实施效果。结果表明：采用盾构下穿高铁路基避开 CFG 桩 (水泥粉煤灰碎石桩)且进行地面袖阀管注浆加固的方案能够满足工程要求,道床的最大竖向位移为 4.716 mm, 最大水平位移仅为 0.301 mm;CFG 桩的最大竖向位移为 11.93 mm。     

考虑轴力作用下盾构下穿引起既有隧道变形解析解

为研究盾构下穿对上覆既有隧道变形的影响,首先,采用修正Loganathan公式求解盾构开挖引起既有隧道轴线处的土体自由位移;其次,把土体自由位移转化成附加应力施加在既有隧道上,将既有隧道简化成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Kerr地基模型上,引入隧道轴力的二阶效应,根据既有隧道两端自由的约束条件提出盾构下穿引起既有隧道受力变形解析解。研究结果表明：与既有文献实测数据验证对比,本文所提方法计算结果与实测较为符合;与本文方法退化解析比较,本文方法预测结果更具有优越性。参数分析得到如下结论：地层损失率增大,既有隧道位移及其内力呈线性增大趋势;随着隧道开挖轴线埋深增加,既有隧道位移和内力均会大幅度减小;随着下穿隧道开挖直径增大,上覆既有隧道变形及其内力显著增大。     

新建两并行盾构隧道下穿高铁隧道模型试验研究

为研究新建盾构隧道下穿施工对既有高铁隧道的不良影响，采用离心模型试验模拟两并行盾构隧道下穿高铁隧道开挖施工。研究了两并行盾构隧道下穿施工时既有高铁隧道结构内力、拱顶变形、拱底变形和地面沉降的变化规律，同时考虑高铁隧道沉降缝对其结构的影响。模拟研究表明：后行盾构隧道开挖引起的不利影响小于先行盾构隧道开挖引起的不利影响；对于无沉降缝的既有隧道，仰拱和拱顶纵向沉降分别呈U形和反U形；考虑沉降缝时，既有隧道拱顶、地面沉降值增加了100%以上，既有隧道最大纵向弯曲应变、剪应力减小了60%;沉降缝的存在不会改变高铁隧道的横向弯曲应变和变形趋势，但是在数值上会有所降低。     

新建盾构隧道施工对既有铁路路基的影响研究

结合武汉地铁区间盾构隧道下穿合武铁路工程,采用数值模拟计算的方法研究盾构施工过程中路基及地层的变形,分别从埋深、地层加固措施方面对铁路路基沉降的影响规律进行分析。研究结果表明:盾构掘进过程中,盾构开挖面距路基中心线约6 m时,既有路基就已产生明显的沉降,且先行隧道施工对路基产生的扰动尤为显著;路基沉降槽宽度随隧道埋深的增大而增大,沉降槽曲率及峰值逐渐减小,在此地层条件下,隧道埋深增大到一定程度后路基沉降仍超过了限定值;对隧道周围土体采取注浆加固措施能够有效控制地层的沉降,保证列车安全正常运行。     

新建隧道盾构下穿施工对既有隧道影响的三维数值模拟

采用三维有限元方法对新建隧道盾构下穿施工过程进行了动态模拟,分析了新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移、应力的影响;进而探讨了不同的隧道覆土厚度、隧道间相对距离及土体强度下,新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移的影响.结果表明:新建隧道盾构正交下穿施工引起既有隧道位移方向朝向新建隧道方向发展,既有隧道位移以纵向沉降...     

盾构下穿引起的既有线路轨道变形与列车运营作用研究

地铁盾构下穿既有高铁线路施工时会对既有地基产生扰动,引起地层不同程度的沉降、路基下沉、轨道结构变形等病害,不仅对隧道和周边环境的安全产生不利影响,严重的会造成既有铁路破坏,影响线路的正常运营,给乘客带来安全隐患。利用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路基-下穿隧道有限元模型分析了盾构施工对既有线路轨道结构的影响,并结合高速铁路结构间的相互作用关系,基于车辆-轨道耦合动力学理论对盾构下穿引起的线路变形、轨道结构层间离缝与列车运行相互作用进行了分析。     

济南轨道交通1号线和2号线下穿高铁工程对邻近桥梁变形和振动的影响

为探究盾构施工过程中高铁桥墩的变形特征,以济南轨道交通1号线和2号线4条隧道下穿京沪高铁同一跨桥梁工程为例,开展了现场墩顶位移监测试验,并对2号线地铁隧道盾构掘进施工过程中邻近高铁墩顶的位移数据进行了分析。通过有限元法研究了隔离桩、隧道位置和地铁列车运行等不同工况下,下穿邻近高铁桥梁承台的竖向振动位移、振动加速度及其最大值的分布规律。研究结果表明：隔离桩的施工满足相关规范对盾构隧道施工期高铁桥墩位移的要求;1号线和2号线左线列车运行引起的高铁承台竖向振动位移均较大,建议对其采取轨道减振措施;隧道距离隔离桩顶部或底部越近,隧道引起的高铁承台振动位移越大。     

地铁隧道下穿对既有铁路的影响分析及加固对策

地铁盾构下穿既有铁路施工时,土体的扰动会导致既有铁路产生不均匀沉降,对铁路安全运营产生非常不利的影响。本文考虑盾构隧道下穿施工,铁路路基及结构间的相互作用关系,建立结构-路基-土体有限元模型,分析盾构施工过程中铁路路基和框架桥的变形特征,评估工程安全性,提出相应的施工加固措施和加固范围,并与监测结果进行了对比分析,结果表明设计所采取的加固措施是切实可行的。     

高铁大直径盾构隧道下穿快轨路基结构的影响分析及控制技术研究

为保证京沈高铁望京隧道下穿北京地铁机场线路基段施工时既有线的运营安全,在对邻近试验段落施工影响分析的基础上,建立三维数值模型对隧道下穿施工引起的路基和轨道结构变形情况进行预测,研究穿越施工全过程动态控制方案。研究表明,仅通过控制盾构掘进参数和洞内补偿注浆措施,不能保证既有线路的运营安全,通过基于实时自动化监测的地面注浆预加固和地面跟踪补偿注浆、洞内二次深孔注浆,可以达到对盾构穿越施工影响的全过程实时动态控制,有效控制盾构施工对既有运营线路的影响。     

明挖隧道与盾构隧道下穿铁路桥变形影响及隔离桩效果

济南市双线明挖隧道和双线盾构隧道先后下穿既有铁路桥梁。为保护既有铁路桥墩和桥桩,拟定采用隔离桩和不采用隔离桩两种方案,通过数值模拟研究了明挖隧道和盾构隧道施工时铁路桥梁的桥墩、桥桩位移变化规律及隔离桩的隔离效果。结果表明：明挖隧道围护桩施工+基坑开挖、主体结构施工+覆土回填、盾构隧道下穿引起的桥墩竖向位移分别占桥墩总竖向位移的60.14%、27.07%、12.79%;受围护桩与隔离桩桩长的影响,明挖隧道及盾构隧道施工对24.5 m深以下桥桩的保护作用减弱;与未采用隔离桩相比,采用隔离桩后桥墩最大累计竖向位移与桥桩最大水平位移分别减小了68.5%、60.7%,隔离桩对变形的控制效果明显。     

盾构施工引起地层损失率变化特征

城市地铁盾构法施工对周围土体产生扰动引起地表位移是施工中必须重视的问题。当盾构隧道下穿既有隧道或管线等构筑物时,地层位移不可忽略。以北京地铁14号线方-十区间为背景,采用地层分层位移监测技术体系,通过多元回归分析和坐标转换等方法监测得到某一位置不同深度测点地层位移,研究不同深度地层的竖向位移分布特征以及随盾构推进的动态变化规律,并结合数值模拟进行对比分析。结果表明：地表和不同深度地层都呈现明显正态分布的沉降槽特征,沉降槽最大沉降值从拱顶传至地表过程中逐渐衰减且变形影响范围不断向两侧扩展,埋深较小的沉降槽宽而浅,埋深较大的沉降槽窄而深。实测结果及数值模拟均揭示了盾体通过阶段和盾尾脱出后阶段占有最终沉降较大比例,这为有效充填开挖间隙以及加强盾尾空隙注浆效果以有效控制地层位移提供理论支撑及指导意义。     

大直径浅埋隧道下穿运营高铁防护措施研究

研究目的:由于技术规程对受下穿工程影响引起高铁桥墩的位移要求高,为保证盾构施工期间运营高铁的安全,必须要对大直径浅埋隧道盾构下穿高铁段采取可靠的防护措施。本文依托国内首个下穿运营高速铁路的大直径盾构项目——苏州市城市主干道下穿沪宁城际铁路工程,针对其软土地区及高铁桥墩变形高等特点,研究盾构施工中地层损失率、隔离桩桩径及桩长、钢护筒内灌注材料等参数对高铁桥墩的影响,提出安全可靠的加固方案。研究结论:(1)隧道盾构下穿饱和粉、细砂土层,建议对隔离桩内的土体进行加固,提高土体稳定性;(2)隔离桩刚度随着直径的增加而增加,盾构施工对高铁桥墩的影响随之减小;(3)根据不同桩长的隔离桩水平变形和对高铁桥墩的影响,结合嵌入土层类型和深度,确定了合理的隔离桩桩长;(4)钢护筒内灌注不同材料的隔离桩,组合刚度主要由钢护筒的直径和壁厚决定,钢护筒内土体注浆对高铁桥墩影响比灌注混凝土的小;(5)提出软土地区下穿运营高铁工程的加固方案和安全评估思路,可以确保工程实施中和实施后沪宁城际铁路的运营安全,可为以后类似工程提供参考。     

南京富水松软地层新建盾构隧道穿越引起的既有隧道工程安全等级划分

为定量评估既有地铁盾构隧道受穿越施工扰动后的结构安全状态与服役性能，采用MIDAS软件建立了新建盾构隧道穿越既有盾构隧道的三维数值模型。通过调整隧道间的竖向净距，对南京地区以富水砂层、软土层为主的松软地层条件下的盾构隧道穿越施工引起的既有隧道的竖向位移响应进行了定量研究，并根据隧道的力学衰减特性分析了既有隧道的安全等级。结果表明：盾构隧道下穿、上跨施工引起沿既有隧道纵向土体的沉降曲线分别呈“W”型、“M”型，相同地层条件下上跨施工引起的既有隧道变形的绝对值比下穿施工小；南京富水砂层、软土层新建隧道穿越引起既有隧道沉降半槽范围分别约为3.5倍与5.0倍隧道外径；结合既有隧道力学性能衰退特征，以隧道纵向差异变形量作为指标将盾构隧道穿越工程划分为微弱影响、一般影响、显著影响、强烈影响等四类；根据数值模拟和历史变形数据，预测了南京地区3个典型的盾构隧道穿越工程施工完成后既有盾构隧道的竖向差异变形量，据此计算了相应的影响等级及其同等级下的竖向变形余量。     

暗挖隧道下穿既有站沉降控制措施

通过对暗挖隧道下穿既有站采用不同工法及不同加固范围的计算分析比较,并依据地铁站结构变形控制值,来确定暗挖隧道下穿既有站沉降控制措施。结果表明,采用CRD工法开挖,较全断面法及台阶法对控制竖向位移效果显著;隧道掌子面及周边一定范围土体采用深孔注浆加固,可以有效控制既有车站结构及轨道竖向变形,满足既有线结构使用和运营要求。     

盾构隧道下穿高速铁路桥梁施工影响数值分析

地铁盾构下穿既有高速铁路施工是一项高风险作业,加固方案的合理性直接影响到隧道施工安全和高速铁路运营安全。本文建立结构-高铁桥墩基础-土体有限元模型,分析盾构施工过程中高铁桥墩的变形特征,评估工程安全性;地铁隧道周边采用加固措施后,能够降低左右线隧道掘进相互之间的影响。分析结果表明变形满足高铁桥梁变形相关规定,不影响高铁运营安全,该结论对类似工程有一定借鉴意义。     

盾构隧道下穿砌体结构房屋影响因素敏感性分析

为探究不同影响因素对盾构隧道下穿砌体结构房屋的影响程度,采用正交试验方法对5种不同影响因素进行5种水平正交试验,通过MIDAS-GTS有限元软件建立砂土地层-隧道-建筑物共同作用的三维分析模型,根据盾构隧道下穿砌体结构房屋施工过程中墙体所受到的最大拉应力增量,判断各影响因素对盾构隧道下穿砌体结构房屋的影响大小。研究结果表明,隧道轴线与建筑物中心线间距是盾构隧道下穿砌体结构房屋的最主要影响因素,其他依次为建筑物长度、隧道轴线与建筑物中心线夹角、隧道埋深,地层类型对砌体结构房屋的影响最小。     

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。     

盾构隧道下穿铁路箱涵结构变形特征分析

文章应用三维有限元法,分析盾构隧道下穿引起的既有铁路路基及箱涵结构变形,结果表明,铁路路基沉降规律大致符合Peck曲线,但由于箱涵结构的存在,沉降曲线左右不对称;箱涵最大竖向变形2.4 mm,路基最大竖向沉降3.95 mm。     

大直径盾构隧道下穿既有高铁线变形控制技术研究

盾构隧道施工会不可避免地对周围土体产生扰动,当新建盾构穿越既有高铁线时,保证高铁运营的安全性是施工过程中的关键性问题之一。以苏州桐泾路北延工程盾构下穿沪宁城际高铁为例,通过建立三维数值模型分析大直径盾构隧道施工对高铁桩基变形的影响,结合现场监测数据实现快速预测施工变形,并对盾构下穿既有高铁线变形控制技术进行研究,提出洞内外复合隔离加固措施的同时,还应加强对盾构掘进、同步注浆与二次注浆参数的控制。