重载铁路隧底隐伏溶洞稳定性影响及处治技术研究

蒙华重载铁路是我国在南方穿越岩溶地区修建的第一条重载铁路。岩溶隧道施工期间未揭露的隧道底部隐伏溶洞,不仅影响隧道施工安全,同时存在后期运营期间在重载列车振动荷载作用下失稳塌落的风险,为了保证隧道施工和运营期间的安全,分析隧道底板以下潜在的隐伏溶洞对隧道稳定性影响;采用数值分析方法,考虑隧道施工阶段和后期运营阶段不同的受力工况,分别对隧道与底部隐伏溶洞之间的安全距离进行分析,得到不同洞径的隐伏溶洞与隧道之间安全距离的关联规律;综合理论计算结果,结合施工过程中对隐伏溶洞的预报和识别,采用钢管桩注浆工艺对需要处理的隧道底部隐伏溶洞进行钢管桩注浆加固处理,并形成套管跟进成孔及破碎岩体泥浆护壁工艺。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

岩溶区不同围岩加固方案下盾构隧道列车振动荷载响应研究

目的：研究岩溶区土岩复合地层中不同围岩加固方案下，地铁盾构隧道在列车运行荷载作用下的动力响应，以评估不同围岩加固的可靠性。方法：基于岩溶专项勘察成果和有限元分析方法，依托岩溶区昆明地铁4号线联大街站—吴家营站区间盾构隧道，建立相应岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的有限元模型，分析隧道运营100年后的累计沉降。结果及结论：各围岩加固方案均可减少列车动力荷载作用下地铁盾构隧道的位移、应力和加速度，其中采用洞外围岩全断面注浆加固方案的效果最好；采用隧道两侧注浆加固围岩时，隧道运营100年后的沉降不满足不均匀沉降要求；为保证岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的安全运营，应选择在地铁盾构隧道外侧全断面注浆加固隧道围岩。     

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。     

溶洞分布对城轨交通盾构隧道影响规律研究

针对近年来广州、长沙、武汉及云贵等岩溶发育地区地铁工程现状,文章以贵阳市轨道交通3号线为工程背景,采用二维数值模型对溶洞分布影响进行模拟计算分析。经模拟计算分析,得出溶洞不同方位、不同尺寸、与盾构隧道不同净距以及在不同围岩等级中对隧道开挖洞室稳定性、隧道衬砌管片受力的影响规律,以确定贵阳市轨道交通3号线盾构施工中溶洞处理范围,为岩溶发育区城市轨道交通建设提供参考。     

高速列车振动引发地层位移响应分析

通过FLAC3D软件对列车荷载引发的盾构隧道动力响应进行了数值模拟,分析了列车高速通过隧道时盾构管片以及地层的位移变化规律。结果表明,单列列车经过左侧隧道时,竖向位移分布呈不对称状态,两列列车交会经过时,位移等值线基本呈对称分布,地表位移峰值出现在两隧道轴线附近;地下水对振动的影响较为明显。     

下伏溶洞对穿越上砂下黏地层隧道管片受力的影响分析

以武汉地铁六号线Ⅱ标段前进村站—马鹦路站区间隧道为工程背景,针对其上砂下黏且溶洞发育地层,运用有限差分软件FLAC 3D 5.0建立三维数值分析模型,考虑流固耦合效应,研究下伏溶洞对穿越上砂下黏地层盾构隧道管片受力的影响。结果表明:溶洞的存在造成了应力重分布,改变了管片内力的分布;随着溶洞顶与基岩面的距离、溶洞直径和溶洞充填率的增大,管片最大内力出现的位置逐渐向拱底移动;溶洞直径增至12.0 m时,隧道左侧拱腰管片出现最大剪力,此时管片结构可能已经破坏;溶洞充填率增至1.0时,隧道管片剪力和弯矩大幅增长。     

非均质岩层引起的偏压对盾构隧道受力影响分析

西南、西北以及东南等地区地质复杂,对地铁盾构隧道结构有较大影响。文章以贵阳市轨道交通 3 号线为工程背景,采用二维数值模型,对非均质岩层引起偏压受力下的盾构隧道管片受力进行分析,分析结果初步得出分层面上下岩层弹性模量之比、分层面倾角和位置对盾构隧道管片受力的影响规律,以期为相似地质条件下地铁建设提供依据。     

列车荷载作用下深厚饱和软土盾构隧道沉降分析

软土地层盾构隧道运营期沉降一直是工程界关注的重点问题。结合工程实例,采用不排水循环累积变形理论、循环三轴试验参数和简化动力有限元及分层总和法,分析深厚软土地层盾构隧道在运营期列车荷载作用下沉降响应。分析成果表明,隧道埋深越浅、隧底软土地层越厚,则运营期沉降越大;就沉降速率来看,隧道在运营期最大沉降速率将在隧道运营后的初期出现,且地层越差,沉降量越大,沉降速率越小,沉降稳定时间越长;采取一定沉降控制措施后,深厚软土地层盾构隧道在运营期列车循环荷载作用下的沉降是可控的。针对本项目的特点,结合分析成果,合理确定深厚软土地层盾构隧道沉降控制措施。     

不同车速振动下管片位移对比分析

采用弹性地基梁板模型,得到两种列车时速下的轨下激振力。建立土体和盾构隧道三维数值模型,对比计算和分析了不同速度列车振动作用下盾构隧道管片位移规律。结果表明:在列车振动荷载作用下,管片节点位移呈现类似正弦分布的规律,左线管片发生逆时针旋转,右线管片发生顺时针旋转;当列车交会通过双线隧道时,左右线管片节点位移近似呈对称分布;车速越大,管片的最大位移越大。     

武汉地铁7号线行车荷载下越江公铁两用隧道结构动力响应分析

以武汉地铁7号线越江公铁两用隧道为研究对象，建立了考虑地铁行车荷载的越江隧道(含钢轨、轨枕、管片及周边岩土体等)离散元模型。在该隧道某截面上选取14个测点，分析了地铁行车荷载下该截面各层混凝土板的局部动力响应及管片动力响应。结果表明：管片结构及各混凝土板对称点处的颗粒振动加速度呈对称分布；随着地铁行车荷载的施加，排烟道两侧与管片连接处、公路路面板中心区域的剪应力逐渐增大，易出现裂隙破坏；地铁行车荷载引起的振动波在管片内的传递以横向振动波和竖向振动波为主；地铁列车开始通过隧道截面时对隧道管片的影响最大。     

上下重叠盾构隧道管片内力数值计算分析

为了充分掌握地铁小净距上下重叠盾构隧道管片的内力变化规律,以深圳地铁3号线老街站—晒布站区间重叠盾构隧道为背景,采用数值模拟进行上下重叠盾构隧道管片内力计算分析。通过对单洞和重叠盾构隧道不同工况下的内力变化、两重叠隧道管片内力在不同地层损失率下的变化特征的模拟计算,表明近距离上下重叠盾构隧道在施工过程中相互"卸载"作用明显,重叠盾构隧道较单洞内力有所减小。综合考虑重叠盾构隧道的近接施工影响、地表建筑物沉降,结合深圳地区已施工完成工程的经验,最终确定按20%的释放率进行管片内力计算。     

地裂缝环境下盾构隧道结构性状及适应性研究

为了揭示地裂缝环境下不同拼装方式盾构地铁隧道结构性状及适应性,以拟建西安地铁8号线为依托工程,考虑采用盾构隧道穿越地裂缝场地为工程背景,建立三维有限元数值模型,对地裂缝错动作用下不同拼装方式盾构隧道结构变形与内力及适应性进行分析。主要结论:地裂缝错动时通缝拼装盾构隧道沉降变形明显大于错缝拼装盾构隧道;拼装方式对管片衬砌结构内力分布规律的影响不大,均表现为拱底位置出现管片接头挤压破坏和两侧拱腰位置受剪最为严重,但数值上通缝隧道内力更小一些;通缝隧道的环间相对垂直位错量及影响范围均大于错缝隧道。从地裂缝场地盾构隧道适应性来看,当地裂缝位错量s≤10 cm时,两种拼装方式的盾构隧道均可用于地裂缝场地,而当地裂缝位错量s10 cm时,错缝拼装的盾构隧道更适合地裂缝场地。     

下穿高速铁路浅埋盾构隧道管片动力响应特征分析

以广州地铁9号线下穿武广高速铁路为工程案例,采用ABAQUS建立隧道-地层-路基三维耦合有限元分析模型,通过施加简化后的高速铁路列车振动荷载,研究了不同埋深条件下盾构管片和螺栓的动力响应。结果表明:随着埋深的增加管片最大主应力先减小后增大,埋深7 m时管片最大主应力最小,约为1.21 MPa;列车振动荷载作用下隧道拱底为受力最不利位置,且环向螺栓的最大主应力峰值远小于纵向螺栓;随着埋深增加拱底纵向连接螺栓的最大主应力峰值由30.35 MPa减小至13.86 MPa,远小于螺栓的屈服强度。     

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。     

地铁盾构隧道管片设计参数的敏感性分析

以苏州地铁盾构隧道为计算原型,对设计中的关键参数进行敏感性分析,讨论设计方法、地质参数及结构参数对管片设计的影响,以及管片在水土分算与水土合算条件下受力性能的差异,并对苏州地铁盾构管片设计提出合理建议。     

基于梁-非线性弹簧模型的盾构隧道管片环极限变形特征研究

管片环极限变形特征是盾构隧道结构设计的关键控制指标和结构安全监测的重要依据。已有的接头弯曲加载试验表明,当弯矩较大时,接头变形具有明显的非线性特征。针对上海地铁区间盾构隧道管片环内的无衬垫式接头,建立其力学模型并推导其变形解析式,得到一定轴压作用下接头变形非线性特征的定量化描述,将其与试验数据对比,验证接头力学模型和变形解析式的工程适用性。基于非线性弹簧单元建立管片环梁-非线性弹簧模型,采用有限元方法对考虑外荷载及接头自身性能等因素不确定性的各工况管片环极限变形特征进行计算分析,根据分析结果提出对盾构隧道管片环结构设计及运营期结构安全监测提出建议。     

地铁盾构隧道管片流水线生产智能化技术

传统的地铁盾构隧道管片生产存在施工效率低、花费劳力多、工作强度高、测量不精准、管片质量不稳定等问题,严重影响地铁工程质量和施工进度。文章通过对地铁盾构隧道管片生产流水线进行智能化设计优化,借助现代物联网信息技术,打造地铁盾构隧道管片生产物联网平台,开发地铁盾构隧道管片预制管理系统,实现对地铁盾构隧道管片生产全过程信息数据的有效采集、科学分析及管片质量可追溯;通过引入地铁管片钢筋骨架自动焊接机器人、自动化抹面机器人,并采用高精度光学追踪3D扫描技术检测地铁管片外形尺寸,能够有效提升地铁盾构隧道管片的生产效率、成品质量、检测效率和检测精度。     

基于循环模型的盾构隧道地铁列车行车性能分析

为提高盾构隧道中地铁列车运行性能分析的效率,构建一种循环计算模型。这一模型将地铁列车、轨道、盾构管片和土体形成一个闭环,目的在于通过减少自由度数量,缩短计算时间。模型中,地铁列车采用多刚体动力学进行模拟,而钢轨、轨道、盾构管片以及土体则通过有限元法进行建模。这两部分通过轮轨接触关系进行耦合。依据已有文献及完整模型的计算结果,进行循环模型计算准确性的验证。结果显示,提出的模型计算结果与完整模型相符,且所需的自由度数量仅为完整模型的1/5。最后,以长乐滨海快线机场站至中间风井区间的盾构区间为例,分析轨道结构动力响应及列车的运行安全性、平稳性和舒适性。分析结果显示,所有指标均符合规定要求。     

盾构隧道开挖过程中溶洞对围岩变形影响的数值模拟

针对大连地铁5号线某岩溶强烈发育区段盾构隧道开挖,运用ABAQUS软件建立三维数值计算模型,分析盾构掘进过程中不同方位的溶洞对隧道围岩变形的影响规律,结果表明:溶洞的存在对隧道围岩变形影响显著,隧道围岩有向溶洞存在方位倾斜的趋势;隧道开挖完成后,塑性区隧道与上部、侧部溶洞围岩未贯穿,下部溶洞产生贯穿塑性区,为掘进过程中的最危险部位。