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。     

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。     

小净距重叠盾构隧道下穿铁路线施工安全技术研究

为了解决小净距重叠隧道下穿准高速铁路的安全施工问题,采用数值计算的方法,对上下重叠隧道不同施工顺序引起的地层变形、管片结构位移和受力情况进行分析。结果表明,采用"先下后上"开挖方式时,地表沉降、隧道管片结构竖向位移及其弯矩均小于"先上后下"开挖方式。当采用"先下后上"盾构掘进时,上隧道引起的最大地表沉降为13. 934 mm;采用"先上后下"时,最大地表沉降为15. 516 mm(沉降控制值为10 mm)。对铁路线路、上下隧道间夹层土体和铁路路基软土进行加固后,地表沉降数值计算值为9. 525 mm,实际观测最大值为5. 9 mm(均在控制值范围内)。该研究结论为重叠隧道顺利下穿准高速铁路施工提供了关键技术支持。     

既有地铁隧道上方基坑开挖特性研究

基于长沙轨道1号线隧道上方的某地下空间开发工程案例,通过Plaxis 3D有限元软件对基坑开挖引起下方隧道结构变形以及管片内力进行数值模拟分析,研究每一开挖工况下隧道结构的变形以及管片结构的内力,并据此提出合理的分仓开挖宽度等施工措施。得出在此类基坑中,减小基坑一次性开挖暴露的隧道长度对减小下卧隧道的隆起量至关重要,并详述分仓开挖后基坑以及盾构区间的变形形态。     

矿山法施工地铁隧道地表沉降分步控制研究

在矿山法隧道施工中,开挖工作面前3倍洞径处、上台阶开挖、支护完成、下台阶开挖、初期支护成环5个不同施工阶段对应的地表沉降量贡献率不同。利用某地铁隧道施工过程中的地表沉降数据,分析得出该隧道上台阶开挖、下台阶开挖阶段产生的地表沉降量分别占整体沉降量的34%和31%,两者之和约占整体沉降量的65%,而其他三个阶段约占整体沉降量的35%。为保证隧道施工正常进行,提出一种矿山法隧道施工地表沉降分步控制的方法。在施工过程中,设置各施工阶段地表沉降控制值,根据各阶段地表沉降量的变化趋势,及时调整施工方法,以保证施工安全进行。经工程验证,该方法安全可行,可为同类型地铁隧道施工提供参考。     

砂层隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响

通过设计小尺寸模型试验，探究在不同埋深、不同施工方法下砂层中新建隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响。结果表明：隧道开挖面发生失稳时，在开挖面前方地层中产生的松动区先呈半个心形，然后沿竖向和横向扩展，逐渐呈上宽下窄的喇叭形，此时地表产生沉降；不同埋深、不同施工方法下开挖面前方土压力均先迅速减小，然后小幅上下波动，最后趋于稳定；隧道埋深和施工方法对地表最大沉降影响很大，地表沉降随隧道埋深增加而减少，采用中隔壁法施工时地表沉降仅为全断面法的17.7%；隧道开挖面失稳会导致既有框架结构产生纵向弯矩，随隧道埋深增加，结构中更多位置出现纵向弯矩；既有结构内力随失稳程度增加而增大，靠隧道侧既有框架结构受影响更大。     

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。     

无中导洞连拱隧道施工方案优化分析

本文以云南香丽高速上长坪隧道为研究背景,利用有限元软件对无中导洞连拱隧道施工方案及施工工序进行二维计算分析。通过对不同工况隧道开挖后地表和拱顶沉降、围岩应力以及支护结构内力进行对比分析,结果表明:对于不同工法而言,左洞采用两台阶预留核心土,右洞采用CRD法开挖,地表沉降相对于其它工况而言最大能减小19. 86%,隧道拱顶沉降、仰拱隆起也比其它工况要小;对于不同开挖工序而言,先开挖远离既有洞部位,围岩位移控制效果明显;不同工法开挖,围岩应力、支护结构内力以及围岩塑性区变化差别在10%以内;连拱隧道左洞开挖完后,右洞的第一步开挖的位置对后续围岩位移的控制有很重要的影响。     

地铁小净距叠交隧道近接施工影响的数值模拟分析

以深圳地铁7号线红岭北站—笋岗站区间工程为背景,通过建立三维数值模型并结合经验计算公式,研究了盾构隧道施工引起的地表沉降以及后期施工隧道对先期施工隧道的影响。基于实际工程中存在的5种工况,对比分析隧道在不同空间角度和净距下地表沉降的变化规律以及后期施工隧道对先期施工隧道的影响规律。研究结果可为今后类似工程提供一定的参考和借鉴。     

基于改进GAP模型盾构隧道开挖诱发地表沉降规律研究

基于Rowe提出的GAP模型,考虑管片背后注浆对隧道开挖收敛模式的影响,对该模型进行了改进,通过自行编写Fish语言在FLAC2D软件中实现了该模型。利用改进后的模型研究了盾构隧道开挖引起地表沉降规律。结果表明:当隧道埋深较浅时,沉降槽窄而深,反之,沉降槽宽而浅;当隧道埋深小于临界值时,隧道埋深和地表最大沉降值近似线形关系;当隧道埋深大于临界值时,逐渐变成平缓的曲线;随着埋深的增加,地表沉降坡度逐渐减小,最终趋于零。评价隧道开挖对临近建筑物影响时,采用地表最大沉降值和沉降曲率两个参数作为控制标准更为合理。     

盾构开挖对民用建筑沉降影响的数值模拟研究

盾构法施工不可避免对隧道周围岩体产生扰动,引发不同程度的土体变形和地表沉降,对地表结构造成不利影响。以郑州市轨道交通5号线西站街站—建设路站区间隧道工程为工程实例,利用ABAQUS有限元软件,建立三维盾构开挖模型,对比分析不同工况下模拟沉降数据。模拟数据表明,在理想施工质量条件下,建筑物沉降量最小;双线同步开挖时,建筑物沉降量最大,变形也大,因此应避免双线同步开挖施工。     

小净距三孔并行隧道施工对地层土体的影响分析

为研究小净距三孔隧道施工性态,建立考虑地层-隧道互作用的三维有限元模型,分析了施工顺序及施工工法对地表沉降、拱顶及拱腰应力、衬砌应力的影响。结果表明:同一隧道开挖引起地表沉降量正上方大于侧上方,不同跨度隧道开挖引起的地表沉降量大跨度大于小跨度;先中隧后边隧施工地表沉降槽形状为"V"形,先边隧后中隧施工地表沉降槽形状由"W"形逐渐转变为"V"形;中隧道拱顶处竖向应力在掌子面到达前增大,到达后减小,拱腰处水平应力,掌子面到达前减小,到达后增加;衬砌等效应力最大值出现在中隧道第一步衬砌顶部,随开挖步的增加先快速增大,然后缓慢增大,最后趋于稳定。所得结论可为类似工程的设计与施工提供参考。     

不同断面形式双洞隧道开挖顺序对地表沉降的影响

地铁暗挖区间通常采用双洞双线相同断面的隧道结构形式,而当某条线路局部存在渡线、停车线等情况时,该段区间需采取大断面的结构形式,即左右线隧道采用2种不同断面,施工方法也不尽相同。若大断面隧道采用双侧壁导坑法施工,小断面隧道采取CRD法施工,不同的开挖顺序对地表沉降的影响不同。结合北京地铁14号线东管头站—丽泽商务区站工程实例,利用有限元计算软件对施工过程模拟计算,将地表沉降计算结果与现场施工监测数据对比分析;验证模拟计算结果与实际工程影响的符合程度;得到双洞隧道不同开挖顺序对地表沉降的影响趋势,提出调整开挖顺序的合理化建议。该分析对实际工程中施工顺序的选择具有一定指导意义。     

小间距叠交盾构隧道施工技术

小间距叠交盾构隧道施工主要面临后建隧道对先建隧道结构的影响和因地表沉降叠加引发沉降过大两大问题。文章结合工程特点,采用了同步注浆和二次注浆相结合,从新增管片注浆孔内注浆加固,先建隧道内增加纵向连接槽钢或米字型钢支撑和信息化监测等施工控制技术措施。从施工效果来看,这些技术措施有效地控制了管片的变形和地表沉降,达到预期效果。     

重叠隧道上洞开挖面支护与注浆压力对下洞隧道的影响分析

以昆明地铁首期工程环城南路站—昆明火车站站区间重叠隧道为背景,研究重叠隧道施工时开挖面支护压力及注浆压力对下洞隧道的影响。采用有限元数值模拟方法,分析了土仓压力与注浆压力对地表沉降和下洞管片衬砌结构应力的影响。研究表明,注浆压力的影响更为显著,盾构掘进应保证开挖面支护压力不小于地层原始水平应力,注浆压力应控制在0.8~1.0倍地层原始应力范围内。     

既有盾构隧道上方基坑群开挖顺序优化研究

以珠海市海琴桥承台基坑群工程为背景,利用MIDAS/GTS有限元软件建立该基坑群工程的三维数值模型并优化基坑开挖顺序,分析4种不同开挖顺序引起的下卧盾构隧道竖向位移与地表沉降。结果表明:最优开挖顺序为3组对称间隔式开挖,能最大程度减小盾构隧道的竖向位移及地表沉降,即第一步开挖面积较大的1#基坑。     

盾构隧道穿越上软下硬地层施工力学特性分析

上软下硬复合地层在盾构施工中常常造成盾构掘进姿态不佳及地表塌陷,严重时还可能导致管片局部出现破损。结合深圳地铁7号线穿越上软下硬地层的工程实例,采用数值模拟方法研究盾构隧道穿越上软下硬地层段("由软入硬"与"由硬入软")的施工力学特性,对地表及管片拱顶沉降、管片应力的变化规律进行分析,研究结果表明:盾构在穿越上软下硬交界地层过程中,地表沉降出现显著增大(增量最大可达1 cm),拱顶不均匀沉降的现象较为严重;对较软侧地层进行适当加固,可以有效减小上软下硬地层交界处的地表及管片拱顶沉降,同时能够降低"由软入硬"段管片的应力水平。     

基于盾构隧道施工力学特性的注浆加固方案比较分析

为了研究隧道注浆加固对盾构施工力学特性的影响,以昆明轨道交通5号线软弱地层盾构隧道下穿采莲河施工为例,运用Abaqus软件建立隧道施工三维计算模型,通过改变注浆范围及注浆压力等参数,提出6种注浆加固方案并对这6种加固方案下地表沉降和管片内力变形进行对比分析.研究结果表明:在该工程地质条件和施工因素下,选择上、下半断面分别局部注浆,并控制注浆压力0.1 ～0.2 MPa时注浆补偿效果最佳,此时地表沉降较未注浆时减小54.3％～66.9％,同时管片拉应力及内侧上浮量均满足控制要求;考虑注浆加固效果对地层弹性模量的直接影响,对其进行了敏感性分析,当注浆圈弹性模量由80MPa增至100MPa时,地表沉降减小了14.78％.故施工中应严格控制注浆质量,保证注浆加固范围及注浆压力在要求范围内,提高施工安全.     

类矩形盾构穿越既有隧道引起土体沉降的模型试验研究

类矩形盾构邻近既有隧道施工的土体变形控制是今后隧道工程要面对的难题,但目前该方面的研究较少。通过开展室内缩尺寸模型试验模拟类矩形盾构邻近既有隧道施工,探究了新旧隧道不同间距以及正交、斜交、重叠、夹穿等工况下由于土体损失导致的地表和深层土体纵向变形情况;对Peck公式进行了拓展,将无既有隧道沉降值与既有隧道造成土体二次扰动沉降值叠加得到适用于类矩形盾构穿越既有隧道的地表沉降计算方法。研究结果表明：随着新建隧道的施工,地表沉降逐渐增大,最后趋于稳定;地表沉降与深层土体沉降趋势基本一致,深层土体沉降值大于地表沉降;相比正交、斜交工况,重叠工况对地表沉降影响最大,其最大沉降值比其余2组最大沉降值大1倍;斜交工况与正交工况地表沉降最大值基本相同,但斜交工况沉降槽形状为W形,正交为V形,斜交工况沉降槽宽度大于正交工况,说明对土体的影响范围更大;重叠工况由于隧道自重造成的地表沉降的效果远比遮拦效应大;对比并择优了能够计算类矩形盾构施工造成的沉降槽宽度的方法,理论计算结果与实测数据基本吻合;Peck公式适用于既有隧道造成土体二次扰动的地表沉降计算。     

盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路稳定性控制措施研究

为确保盾构隧道与箱涵掘进过程中围岩的稳定和铁路路基沉降与变形在允许范围之内,采取合适的开挖方案以及相应的加固措施至关重要。为此,依托厦门地铁6号线,借助有限差分软件FLAC3D和现场监测数据,对隧道和箱涵交叠下穿铁路不同施工工况下结构特征位置点、地表变形和铁路路基变形加固措施进行分析,得出以下结论：(1)通过对隧道和箱涵结构特征位置点与地表位移等进行深入研究,得出最优开挖方案为先箱涵开挖、后盾构右线开挖、再左线开挖;(2)围岩和路基在未加固的情况下,箱涵发生主动破坏时,变形发展至地面,加固之后,盾构隧道与箱涵开挖面附近破坏土体慢慢变为只发生在开挖面前方,而不会向上发展;(3)现场监测数据得出地表位移、隧道拱顶和箱涵顶部位移均有随时间逐渐增大的趋势,而隧道净空收敛无太大变化。隧道与箱涵开挖面支护应力监测值都在一个范围内波动,将其和数值结果对比可发现数值与现场实测结果较为吻合。