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。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

风化岩层盾构隧道管片壁后密实度检测

目的：以杭州至临安城际铁路(即杭州地铁16号线)工程为例，介绍了轨道交通工程建设中，风化岩层盾构隧道管片壁后密实度检测探索与实践。分析在弱风化、中风化和强风化岩层地质的盾构隧道管片壁后密实度检测情况，为隧道壁后补浆及运营变形评估提供依据。方法：通过对打音检测法、超声成像法和地质雷达检测法分别进行现场试验，综合参考检测成果可靠性、工作效率和检测成本等，经比选确定采用地质雷达检测手段。结果及结论：通过试验对比，采用地质雷达检测法，对杭州地铁16号线的盾构隧道和矿山法隧道进行全线检测，检测结果与拆卸管片后暴露出的实际注浆密实情况的对比校核说明，二者一致性较好，未发现较大范围或严重的注浆不密实或脱空现象。风化岩层盾构隧道管片壁后密实度检测方法试验取得了预期的效果，达到预期目的。     

卸载工况下盾构隧道结构承载能力的试验研究

在盾构隧道运营过程中,隧道侧部出现的侧压力卸载会对隧道结构的变形产生影响,进而影响到地铁盾构隧道的正常运营。为解决此问题,必须对卸载工况下的盾构隧道的极限承载能力及管片结构的受力状况进行研究。研究的首选方法是足尺试验。对卸载工况下盾构隧道结构承载能力进行了足尺试验,记录了试验现象及相关破坏形式,并分析得到了盾构隧道结构在卸载工况下的受力机理及关键性能点。     

管片错台对盾构隧道接头 力学性能的影响机理

为分析管片错台对隧道结构受力性能影响。本文以某越江地铁盾构工程为依托,建立了管片接头三维精细化数值分析模型,结合等效荷载施加方式,重点分析了管片不同错台状态下接头螺栓、管片接触面的受力演变规律,揭示了管片错台对对盾构隧道接头力学性能的影响机理,得出的主要结论有：随着错台量的增大,接头螺栓与螺栓孔间接触关系发生连续改变,影响接头螺栓受力性能;错台量越大、接头螺栓受力越大,受力集中部位从螺栓中部向螺栓两端转移,且接头螺栓所受剪应力明显增加;随着管片错台量的增大,管片接缝面混凝土实际应力发生了重分布,受力较大区域均向螺栓孔处汇集,最大、最小主应力极大值均处于螺栓孔内壁处。研究成果为盾构管片结构设计及整体安全性分析具有重要借鉴作用。     

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。     

地铁列车动载作用下盾构隧道底部溶洞对管片动力性能的影响

由于我国岩溶地质分布广泛,随着城市轨道交通建设规模不断扩大,越来越多的盾构隧道不可避免地穿过岩溶发育区。目前,针对隐伏型岩溶的盾构隧道在运营期的动力响应及寿命评估的研究仍较为缺乏,尤其是运营期地铁列车在长期高频反复荷载作用下,隧道底部不同工况的溶洞对管片动力性能的影响尚未得到关注。以广州地铁9号线岩溶地质为例,制定了隧道底部存在溶洞时的详细数值试验方案,采用数值模拟手段对运营期地铁列车反复振动作用下盾构隧道底部隐伏溶洞大小及距离变化时管片的动力响应进行分析,并结合经验公式对管片结构的疲劳寿命进行预测,可为类似问题提供参考和借鉴。     

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。     

广州地铁3号线盾构区间同步注浆施工技术

在盾构施工中,基于刀盘开挖直径与盾构管片外径间存在空隙、地质条件、地下水、隧道埋深、掘进模式等因素的影响,易造成地层变形、管片错台、隧道漏水等不良现象,因此要对管片背后的空隙选择合理的注浆材料进行充填。以广州地铁3号线客—大盾构区间的施工实际情况为背景,对盾构施工中的同步注浆技术进行总结分析。     

地铁联络通道施工力学特性分析

以深圳地铁2号线盾构隧道工程的联络通道为工程依托,针对双线盾构隧道与联络通道组成复杂空间结构,选取了结构与围岩连成的三维数值模型,进行受力影响计算分析.研究结果表明:由于联络通道的施工,使盾构隧道的变形由对称变形转为不对称变形,并使得交叉部管片产生了应力集中现象,导致开洞侧管片及联络通道结构自身产生上下截面整体受拉的不利受力形式.整个结构的受拉区为联络通道下半部分及接口周围部分管片,设计与施工应高度重视此部分的结构受力和防水.     

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。     

基坑施工对盾构隧道的影响分析

运用同济大学曙光软件,采用荷载结构法和盾构隧道修正惯用法,以广州地铁黄沙车站上建设物业商住发展项目为研究背景,计算了隧道外壁侧向土压力、水位降、土层基床系数和隧道上方超载四种因素不同组合工况下的隧道结构受力,分析了基坑施工对紧邻地铁盾构隧道的影响.研究结果表明,影响紧邻盾构隧道受力的最主要因素为隧道外壁侧向土压力释放程度,当外壁侧向土压力由静止土压力进入主动土压力状态,将导致隧道弯矩增大143%,并致使管片开裂,环缝接头张开增量1.36 mm,影响隧道正常使用,在其它不利因素共同作用下,将危及隧道结构安全.     

天津地铁工程采用1.5m盾构管片的探讨

国内在建城市地铁工程地下区间段大部分采用盾构法施工,随着盾构隧道施工技术的不断成熟和进步,盾构管片形式及分块也趋于多样化。此文以天津地铁4号线设计为例,从管片受力、推进速度、工程造价等方面对1.5m环宽与1.2m环宽盾构管片进行比较和探讨,得出1.5m环宽管片在天津地铁建设中具有更大的推广价值、可行性更高这一结论。     

地铁盾构隧道下穿既有桥群桩基础保护方案研究

根据沈阳地铁十号线某盾构区间隧道近距离下穿既有桥梁群桩基础的工程实例,结合既有桥梁的结构形式、现场周边环境条件、工程位置地质条件、新建盾构隧道与既有桥桩位置关系以及现场作业空间及施工条件,综合确定适合本工程的扩大板基础托换方案,并通过理论分析及数值模拟计算,进一步研究扩大板基础托换方案的合理性。研究结果表明,在盾构正常施工条件下,通过扩大板基础托换的实施,可大幅减少盾构隧道施工期间既有桩基的绝对沉降及群桩之间的差异沉降,显著降低下部新建盾构隧道管片的弯矩,改善新建盾构管片的受力条件。     

盾构通过矿山法隧道段数值模拟研究

以深圳地铁2号线东港路站—招商东路站区间盾构通过矿山法隧道段为背景,运用有限元ANSYS软件对盾构通过矿山法隧道段施工过程进行动态模拟,在模拟盾构管片周围设置应力及径向压力监测点、管片环缝间设置纵向应变监测点,计算得出盾构通过矿山法隧道段时管片的受力变化规律。研究结果表明:①空推阶段管片受力变化规律表现为两个阶段,先是随着脱离盾尾距离的增大而增大(或减小),然后达到稳定;②补压浆阶段补压浆施工会引起注浆环及邻近管片受力的显著变化。对称补压浆与单侧补压浆的影响范围分别为前后4环、前后6环;③对称补压浆较单侧补压浆效果理想。     

盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行分析,结果表明:深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出以下解决方案:(1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;(2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;(3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;(4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。     

盾构隧道管片结构设计中几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来了很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行了分析,结果表明深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出了以下解决方案:1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。     

地铁隧道下穿淤泥地层工法比选及技术探讨

以广州地铁4号线南延段地铁隧道下穿深厚淤泥层为背景,从方案论证、管片特殊设计以及软基加固等几个方面进行比选和优化,解决淤泥地层盾构隧道偏心受压和工后隧道沉降量大的问题。得出如下结论:淤泥层区间设计应优先选用盾构法,在淤泥层深厚区域结合周边环境及车站选型选用大盾构可降低总成本,减少后期地铁保护难度;在欠固结、存在滑移趋势的淤泥层中应特别重视偏心受压对盾构管片的影响,可通过增加管片配筋提高抗弯、抗裂性能,通过增设变形缝提高结构柔度等措施提高管片受力状况及耐久性。     

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。     

外置槽道技术在盾构隧道中的应用

盾构隧道里采用外置槽道是一项新型技术,也是对盾构隧道技术深入认知和探索后的延伸性的技术突破。外置槽道技术正在取代传统的打孔锚栓工艺,并且与预埋槽道技术相比又具有显著的性价比优势。结合福州地铁2号线,介绍了管片外置槽道技术的优点和特征,并利用Abaqus有限元仿真软件建立荷载结构模型分析;分别对不同情形下的盾构管片状态进行结构计算,从而验证外置槽道技术在盾构管片上应用的可行性和安全性,也证实了外置槽道满足地铁隧道里设备安装的受力要求。