双线盾构施工管隧平行或相交时地下管线的安全判别

为保护地下管线在盾构施工时的安全,研究双线盾构隧道施工时,邻近地下管线与隧道平行、相交工况下管线的安全性判别方法,将不易监测的管线状态转化为可见的地表沉降。管隧平行时,根据偏离系数建立管线与地表沉降关系式;管隧相交时,建立相应计算模型,提出管线与横轴的夹角、管线与横轴交点到纵轴的距离等参数,建立管线与地表沉降关系式。考虑管线连接方式,将管线分为连续管线与非连续管线,分别推导管线和隧道平行、相交时,连续管线的应变与地表沉降关系式和非连续管线的转角与地表沉降关系式。将预测值与实测值进行对比,研究结果表明:此方法具有可靠性;施工前可采用此方法对管线安全进行预测,避免事故发生。     

超浅埋隧道下穿管线沉降变形及控制基准研究

以福州市某超浅埋隧道斜穿市政管线工程为依托,结合FLAC 3D软件、现有城市管线标准与实测数据,对管线沉降规律展开研究,并制定安全可行的管线控制基准。研究表明:双侧壁导坑法相比三台阶法与CD法开挖时,前者具有"小分步,大分级"的特点,对管线沉降控制效果更显著;隧道-管线交点出现最大沉降量-7.39mm,管线由于自身弹塑性质,而发生两端微小隆起;上覆土重力使管线沿水平方向上发生挤压变形,水平位移最大值为1.2mm,可知管线竖向变形受施工影响更敏感。需对隧-管相交段地表进行外界荷载管理,避免管线在水平方向位移过大而破坏。地表横向沉降最大值S_(max)与沉降槽宽度系数i的比值作为沉降控制限值,可有效保护管线。研究成果对研究隧道下穿管线变形规律与控制具有很强的实用性和研究意义。     

盾构隧道近接施工对既有市政隧道的影响分析

以双线盾构隧道下穿既有市政隧道施工为研究对象,在有效模拟盾构施工顶推力和脱环瞬间应力释放的基础上,考虑土体、既有结构、盾构机体、新建结构多体的相互作用,研究了单线和双线贯通对地层变形、既有隧道内力和变形、围护桩变位以及盾构隧道自身内力的分布特征。研究表明:盾构下穿时,既有矩形市政隧道水平向附加拉应力主要出现在隧道底板,竖向最大附加拉压应力出现在两管盾构隧道中心上方隧道边墙底部位置;在盾构隧道正常施工条件下既有隧道是安全的。     

浅覆土矩形顶管施工对邻近基桩的影响规律研究

为研究因顶管施工的挤土效应对邻近高架桥基桩水平变形的影响，以无锡地铁青石路段1号地铁出入口为例，采用MIDAS GTS软件模拟浅覆土条件下矩形顶管顶进施工，计算在不同的顶管顶进距离、基桩与隧道间净距，以及不同的顶管开挖面顶进压力、管节与土体间摩阻力条件下的基桩水平变形。结果表明： 1）矩形顶管顶进施工时会造成邻近基桩发生沿顶进方向和垂直顶进方向的水平变形，且以沿顶进方向的水平变形为主； 2）不同于其他矩形顶管工程，浅覆土条件下基桩受顶管施工的影响范围约为隧道外4D（D为矩形顶管长边尺寸），基桩的水平变形随着净距的减小而增大，且当净距小于2D时，其水平变形呈非线性快速增加； 3）相对于开挖面顶进压力，管节与土体之间的摩阻力对基桩的影响更大，其水平位移变化可分为线性增长和非线性增长2个阶段。     

盾构隧道近距离穿越群桩基础的影响分析

以长沙地铁1号线新河三角洲站—开福寺站区间隧道为工程背景,利用FLAC3D有限差分方法模拟盾构隧道近距离侧穿桩基的施工过程,揭示了盾构隧道侧穿桩基对地表沉降、桩基变形与内力的影响规律。研究表明盾构隧道掘进过程中将会引起邻近桩基发生平行于盾构轴线和垂直于盾构轴线两个方向的挠曲变形,从而导致桩基内部产生较大的附加轴力和弯矩;桩基础的应力和变形都与盾构的推进过程密切相关,在盾尾穿越桩位前后0.5 D距离范围内达到最值。     

隧道下穿引起地下管线竖向位移的计算方法研究

为建立盾构隧道正交下穿施工引起的管线变形计算理论,将既有管线视为连续长梁,结合横观各向同性条件下的小孔扩张理论,导出管线在下穿盾构隧道施工作用下的竖向位移计算式。结合工程实例对该计算方法进行算例验证,并在此基础上定量分析管线竖向位移与各向异性参数、隧道外径、净距、管线抗弯刚度等因素的关系。结果表明： 1)管线最大竖向位移发生在下穿正交点处; 2)各向异性参数越大,对管线竖向位移的影响越显著; 3)净距在某一范围内时,管线竖向位移对其变化较敏感,超过此范围后管线竖向位移基本无变化; 4)盾构隧道外径、管线抗弯刚度对既有管线竖向位移也有一定的影响。     

超大直径水下盾构隧道近接施工力学行为分析

为探明海域复合地层条件下,水下超大直径盾构公路隧道近距离开挖对既有隧道的影响,文中以珠海横琴马骝洲交通隧道为研究背景,采用数值计算和现场试验相结合的方法,得到了由盾构施工引起的既有隧道附加内力及变形变化规律。分析数据可知:盾构施工会引起管片的二次附加内力,拱顶弯矩和拱底轴力受隧道开挖的影响程度较大;由开挖引起地表沉降影响范围约为5倍隧道洞径,盾构在近距离施工产生的荷载对既有隧道有挤压变形的效果,两侧拱腰会随着隧道掘进而逐渐向内产生二次收敛变形。     

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。     

邻近基坑卸荷-加载对既有软土盾构隧道影响分析

为了减少和避免地铁盾构隧道发生运营中断事故,提升地铁盾构隧道的防灾减灾能力,应用数值模拟的方法,以上海某典型工程为例,研究了软土地层中,邻近基坑卸荷-加载作用下,盾构隧道位于基坑拐角特殊位置的变形机制,并对地下连续墙支护方案的隔离效果和盾构隧道与基坑边缘净距l的影响进行了分析。研究结果表明： 1）当基坑位于盾构隧道侧方浅部时,基坑卸荷-加载诱发盾构隧道产生朝向基坑方向的位移,随着基坑加载的进行,竖向位移可得到适量恢复,水平位移恢复较少; 2）当盾构隧道位于基坑拐角特殊位置时,受基坑临空面范围和卸荷-加载作用共同影响,最大竖向位移出现在基坑拐角位置附近,最大水平位移出现在隧道轴线距离基坑边缘约1.5h（h为基坑深度）位置; 3）近地铁区域采用地下连续墙加固方案,可使盾构隧道水平位移减小50%,加固效果明显; 4）当盾构隧道与基坑边缘净距l大于1.5h时,邻近基坑卸荷-加载对既有盾构隧道影响较小。     

基于透明土的盾构隧道突水涌砂灾变发展试验研究

针对饱和砂土地层盾构隧道施工中的突水涌砂灾害问题，以上海市轨道交通某盾构区间为研究背景，将自主研制的灾变可视化试验模型与透明土技术相结合，对砂土地层隧道顶部结构破损灾变过程的土体流动形态、土颗粒位移速度场进行试验研究。结果表明： 1)盾构隧道突水涌砂灾害发生后，隧道裂隙孔口上方部分区域的土颗粒密实度减小，砂土发生剪切破坏。2)在灾变前期，土颗粒竖向位移场呈椭圆状等值线分布，颗粒位移速度随与隧道中心水平距离的增加而非线性地衰减，当隧道埋深为2D（D为隧道直径）时，水平向影响范围为3D。3)随着灾变的发展，土颗粒位移速度先增大后减小，涌入隧道内的砂水混合物中土颗粒的体积分数占比持续减少，最大程度地还原了隧道突水涌砂后期的灾变现象。     

基于统一解的盾构隧道施工引起地下管线竖向位移计算

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法,将计算结果与刘晓强方法计算结果及实测数据进行对比,并分析土质条件、管线轴线埋深、管线材质等因素对管线竖向位移的影响。结果表明:与刘晓强方法相比,基于统一解的能量变分法计算结果与实测值更加吻合;双线盾构隧道施工引起的管线竖向位移在两隧道中轴线两侧呈不对称分布;不同土质条件对管线的竖向位移和沉降槽宽度有较大影响,而不同管线埋深、材质的影响较小。     

膨胀土干湿循环对地铁隧道结构影响数值模拟研究

膨胀土经干湿循环后强度会大幅降低,会影响结构物的安全,为研究膨胀土强度变化对盾构隧道结构的影响,采用数值模拟对多种工况下盾构隧道结构的变形及应力进行研究。计算结果表明:膨胀土经多次干湿循环会对盾构隧道结构变形及受力产生不利影响,尤其是全幅工况对隧管变形及半幅工况对隧管受力的影响。     

离岸人工岛岛隧结合部沉管隧道基础沉降控制研究

为防止深中通道岛隧结合部暗埋段、E1管节、E2管节差异沉降过大,进而导致管节接头剪力键剪力及管节内力过大,通过对岛隧结合部沉管基础采取预加固措施,研究不同段落地基与基础参数,分析计算出E1管节预抬量合理值。通过室内试验及现场试验获取关键参数并开展大型三维有限元分析,研究管节应力及沉降特性。根据室内试验确定考虑预压30k Pa的1.0m厚碎石垫层变形模量取值为:0～30k Pa段为25.4MPa,30～110k Pa段为8.9MPa。根据现场试验确定块石垫层变形模量取值为50MPa。依据上述参数开展有限元分析,最终确定岛隧结合部沉管基础加固措施及管节的预抬量值为70mm。     

考虑注浆填充率的大直径盾构管片上浮解析解与应用

大直径盾构隧道管片上浮问题是目前隧道建设难点。以大直径盾构隧道施工阶段管片上浮问题为背景,研究硬岩地层大直径盾构管片上浮影响因素,并考虑管片壁后同步注浆的填充效果,深入探究大直径管片上浮规律,为盾构施工速度和注浆效果的控制提供参考依据。根据硬岩地层大直径盾构注浆填充率不足的特点,从管片横向受力角度建立单环管片上浮计算公式。基于弹性地基梁理论建立隧道纵向上浮分析模型,通过梁的挠曲线微分方程并结合边界条件与变形协调方程,推导出考虑浆液填充率和时效性的管片上浮变形及内力的简易解析解,进而采用总量法获得了隧道纵向多环累计上浮量。结合工程实例进行了参数敏感性分析,研究结果表明：隧道管片上浮解析解的计算结果与实际工程监测数据吻合良好,能够有效揭示隧道上浮过程中的变形规律、管片弯矩和剪力变化特征;上浮规律表现为激增段、缓降段和平稳段;浆液填充率、时效性和地基基床系数对大直径盾构上浮比较敏感,盾体间隙的增大易导致填充率不足,同步注浆应严格控制注浆压力和注浆量;浆液初凝时间和掘进速度直接决定单次注浆影响范围和上浮力大小。研究结果可用于盾构隧道管片上浮及变形预测,在掘进过程中可根据影响因素与上浮关系进一步调整施工参数,对大直径盾构隧道设计与施工具有一定指导意义。     

某矩形大断面地下通道超浅埋暗挖工程设计与施工

文章以通过下穿繁忙道路下的2个矩形大断面超浅埋暗挖工程为例,介绍采用锁扣管棚预加固、全断面注浆、型钢拱架支护、分大断面为小断面错位开挖等一系列超浅埋暗挖法设计与施工技术。表明在城市不宜明挖的条件下,采用超浅埋暗挖矩形大断面地下通道有较大的技术优势,并提出： 1）采用锁扣管棚是本工程成功的关键,设计时应充分考虑各种工况,设计计算可采用弹性支点法,在入口1H（H为洞高）范围内,管棚内力及支反力变化较大,应仔细考虑,而其后为一般开挖段,内力及支反力均趋于稳定; 2）施工前对地下管线进行详细探查尤为重要; 3）长距离锁扣管棚施工难度较大,钻进工艺由原来钢管全程双线约束,改为一线一点约束,管棚施工可以顺利进行。     

盾构隧道管线捷装技术的应用和发展

盾构隧道内传统管线安装技术存在诸多质量和安全隐患,严重影响地下盾构隧道的施工建设和安全使用,为了解决以上难题,提出可在盾构隧道的机电设备和管线安装中采用管线捷装技术。管线捷装技术是指将带齿槽道安装在盾构管片上,形成一个稳定可靠的安装平台,机电设备和管线可以通过配套的支吊架安装在这个平台上。其中,预埋槽道技术指带齿槽道可先期预制进盾构管片中,外置槽道技术指可后期安装到盾构管片上。管线捷装技术利用了标准化齿槽便于调节的灵活性和牢固的齿间啮合作用,是对盾构隧道技术深入认知和探索后的技术创新和突破;此外,管线捷装技术还具备安全环保、经济快捷等优势。管线捷装技术将是未来盾构隧道内设备及管线安装的发展方向。     

超大直径泥水盾构浅覆土掘进引起的土体变形特性分析

浅覆土段超大直径盾构隧道上浮的现象相当普遍,但隧道上浮导致的土体变形特性却鲜有论述。以上海市北横通道盾构隧道工程为背景,通过地表和深层土体沉降的实测数据,分析了浅覆土段超大直径泥水盾构掘进引起的土体变形特性。研究表明:管片脱出盾尾之后地表迅速隆起,在管片脱离盾尾12环时取得最大隆起量;横向3.6D监测范围内的地表均发生隆起变形,且距离隧道轴线两侧各1D范围内的地层在盾构通过后会发生较大的沉降变形;深层土体监测点的最大隆起量自下而上基本呈现递减趋势。     

大直径盾构双线隧道下穿高铁车站的受力变形研究

针对广州地铁十八号线大直径盾构双线隧道近距离下穿佛莞城际番禺大道站,建立三维地层-结构有限元模型,研究了车站结构和盾构隧道的受力和变形特征,并结合现场监测数据进行对比。研究结果表明:车站结构及隧道变形计算结果均小于规范限值,车站地连墙、底板弯矩增量稳定;实测车站结构沉降和水平位移最大值均发生在盾构双线施工完成,并与有限元计算结果接近;双线盾构的掘进对车站侧墙、抗拔桩和隧道水平位移的影响主要发生在左线掘进过程中;车站结构的内力和变形的变化趋势与盾构施工密切相关,右线、左线盾构依次掘进对车站底板沉降影响具有叠加效应。研究结果可为大直径盾构近距离下穿建筑物受力变形影响分析提供参考。     

小半径近距离盾构隧道侧穿高架桩基影响研究

以上海市轨道交通某盾构区间隧道侧穿内环高架桥桩基为背景,通过有限元数值模拟,分析盾构隧道穿越施工引起的桩基竖向位移、水平位移及倾斜率。研究表明:使用有限元软件模拟盾构穿越施工,可以较好地得到盾构隧道穿越引起的邻近桥桩变形量,以及桩基变形变化趋势;计算结果结合现场实测数据对比表明,在采取可靠措施的前提下,盾构隧道施工引起的邻近桩基竖向变形、倾斜,在桩基变形允许范围内,满足高架桥正常运营要求;小半径盾构隧道施工,需严格控制地层损失率,避免纠偏量过大、过猛。     

软土地区超大直径盾构下穿轨道交通影响分析

随着地下空间不断开发,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道、地下通道、地下管线等的现象越来越普遍。由于新建盾构隧道对原地应力场的改变,必然会引起既有隧道的变形,对既有隧道的结构安全产生影响。结合上海市北横通道大直径盾构隧道工程实例,采用Midas_GTS有限元分析软件建立三维数字模型,分析软土地区超大直径盾构隧道穿越施工,对已运营轨道交通盾构隧道的影响。