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。     

新建电缆盾构隧道近距离下穿既有地铁影响分析

以深圳北环电缆隧道南线下穿深圳既有地铁2号线岗厦北站-华强北站区间工程为依托,通过有限元数值模拟分析新建电缆盾构隧道近距离下穿地铁线路时对既有地铁的影响规律。研究结果表明,既有地铁的竖向沉降随着电缆隧道与既有地铁交叉角度的增加而减小;电缆隧道盾构掘进过程中会对既有地铁结构产生扰动,使其结构发生变形,最大沉降值发生在掘进掌子面后方15~20m;数值分析结果与现场实测数据趋势接近。     

软弱地层环境下地铁盾构下穿铁路框架桥影响分析及应对措施

文章以杭州地铁 9 号线一期工程下穿沪杭铁路框架桥为背景,建立盾构下穿施工三维数值模型,分析软弱地层环境下地铁盾构隧道下穿施工对铁路框架桥的影响,提出多种确保铁路安全运营应对措施。施工过程中通过现场监测得出的数值分析表明,盾构隧道下穿施工中铁路框架桥最大沉降量为 6.72 mm;进行洞内注浆加固后,最大沉降量降为 4.76 mm;这说明在软弱地层环境下及时进行洞内注浆对抑制铁路框架桥的沉降变形具有显著效果。监测结果还表明,盾构右线施工对框架桥沉降变形的影响大于左线,且铁路框架桥最大沉降达到 6.9 mm;采取应对措施及时进行洞内二次注浆,可有效控制框架桥的持续沉降变形,使铁路框架桥处于安全可控状态。     

广州上软下硬复合地层中盾构隧道施工影响分析

通过有限元数值模拟与现场实测的方法,分析研究广州佛莞城际铁路长隆站—番禹大道站区间盾构隧道在不同软硬岩复合高度比地层的条件下,盾构施工对地表沉降及隧道上浮趋势的影响规律。研究结果表明:盾构在穿越不同复合比地层过程中,随着地层复合高度比的减小,地表沉降值也随之减小,不同软硬岩复合高度比地层中地表沉降差异明显,最大差值约5.3 mm;随着地层复合高度比的减小,隧道上浮值也随之减小,不同软硬岩复合高度比地层中隧道上浮最大差值约7.5 mm;结合工程难点与不同软硬岩复合高度比地层的特点,施工中提出一系列保压、欠压推进、合理注浆、调整盾构姿态等施工技术措施,并取得良好效果。     

小半径曲线叠落盾构隧道下穿京沪高铁隔离桩设置参数研究

基于济南轨道交通R1线工程小半径曲线盾构隧道下穿京沪高铁,采取数值模拟手段研究隔离桩桩长、桩间距等不同设置参数下,对既有高铁桥梁结构的保护效果。计算结果表明:增加隔离桩桩长可以提高保护效果,反之降低;隔离桩桩间距增加,保护效果有所降低。通过计算分析,隔离桩采用桩间距1.2 m、桩长39 m(桩端位于隧道底部以下4 m)较为合理。采用室内模型试验针对桩间距1.2 m、桩长39 m隔离桩设计方案进行验证,试验结果表明:盾构隧道所下穿的两侧承台沉降变形均较小,承台沉降最大值仅0.5 mm,隔离桩设置可有效减少盾构施工对高铁桥桩影响。现场全自动化监测结果显示,承台沉降及水平位移的最大值均未超过0.4 mm,小于控制值1.0 mm。现场监测结果与数值模拟、模型试验结果比较一致,验证了数值模拟和室内模型实验结果的可靠性。     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工对策研究

为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全,利用三维数值有限元软件精细化建模,考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响,多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应,判定上部交叉运营地铁隧道所受影响并给出合理的注浆压力和掌子面压力参数。工程实际中利用莱卡TS30监测机器人建立了自动监测系统,对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果得到:(1)掌子面压力越大,既有隧道沉降越小,运营隧道左线仰拱沉降最大,仰拱最大沉降范围为3.4～3.7 mm;新建隧道左线线路中线所对应的地表最大沉降范围在1.9～2.1 mm之间。(2)注浆压力越大,既有隧道沉降越小,左线拱顶最大沉降范围在2. 6～3. 6 mm;新建隧道左线线路中线所对应的地表最大沉降范围在1～2. 1 mm。(3)盾构隧道在下穿运营地铁1号线过程中,邻近运营隧道拱顶最大沉降范围在2～3.5 mm,远小于10 mm,可确保运营隧道安全。(4)采用选取的注浆压力0. 3～0. 36 MPa与土仓压力0. 1～0. 13 MPa下施工,盾构隧道穿过运营隧道后,运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm,轨道沉降值小于10 mm,符合要求,运营隧道安全。最后,提出了相应施工对策:在盾构下穿既有隧道施工时,应减少超挖、适当选取盾构施工参数、盾构快速通过近接区和实时监测反馈施工。     

地铁盾构下穿高层建筑基础的扰动变形影响与实测研究

[目的]城市轨道交通建设中遇到越来越多的盾构穿越或近接高层建筑施工的案例,而盾构法因其特殊的施工工艺不可避免对地层产生扰动,严重时可能会影响既有建筑的结构安全,因此需要对盾构穿越过程中隧道及高层建筑的受力特性进行深入研究。[方法]依托济南地铁R2号线生产路站—历黄路站区间隧道工程,采用三维有限元数值方法对双线盾构隧道非同步斜交下穿高层建筑群桩及筏板承台基础的施工过程进行了模拟,并结合现场监测数据分析了地层位移规律、建筑物沉降的变形特征,以及施工时盾构掘进参数的控制效果。[结果及结论]双线盾构隧道先后下穿建筑群桩时,先行隧道开挖引起的地面沉降量较大,后开挖隧道对地层产生的扰动相对较小;盾构通过建筑物正下方时的沉降量最大,随着盾构的远离,其沉降逐渐减少并趋于稳定。由于高层建筑属框架结构,故在临近隧道一侧建筑体区域地层发生了沉降,而在远离隧道的建筑体区域地层呈上浮趋势,但二者的差异沉降量仍在可控范围内。     

左右线盾构超越施工影响下的土体变形规律研究

以武汉地铁3号线区间隧道工程为背景,针对右线盾构超越左线盾构施工这一工程实际,通过数值模拟与现场监测相结合的方法,研究施工过程中地表横向、纵向沉降变化以及深层土体的横向水平位移变化。研究结果表明:地表沉降与沉降槽宽度在右线盾构通过后明显增大;纵向地表在右线盾构通过前先小幅沉降,右线盾构通过后迅速沉降,当右线盾构离开监测断面40 m后沉降趋于稳定;不同深度土体的横向水平位移也不相同,最大位移发生在隧道埋深一半左右。因此,盾构超越施工对先建隧道的影响非常明显。     

复杂环境软岩偏压隧道数值模拟与现场监测分析

为探究复杂地质环境软岩偏压隧道在施工过程中结构的力学特征和变形特点,依托渝昆高铁在建隧道工程,采用数值模拟软件对隧道开挖过程进行仿真分析,并与现场实际监测数据相对比。结果表明：数值模拟能够较好地反映软岩偏压隧道实际施工状态,隧道开挖初期变形速率较大,后期逐步收敛,最大沉降值为206.72 mm,最大水平位移达到249.09 mm;初期支护最大拉应力为6.14 MPa,最大压应力为12.8 MPa,均不同程度超过规范中混凝土的抗拉强度及抗压强度设计值;由于现场降水较多,且软岩吸水性较好,隧道偏压效应明显,导致深埋侧变形和受力更为复杂。综合数值模拟和现场监测结果,提出优化施工工法、增大预留变形量等施工建议。     

软土地区盾构隧道斜下穿多股铁路路基变形规律

目的：目前，地铁隧道穿越铁路路基的情况越来越多，但软土地区盾构隧道斜下穿既有运营铁路的研究相对较少，因此需分析该情况下的路基变形规律。方法：以绍兴轨道交通1号线大滩站—火车站站区间盾构隧道下穿杭甬铁路绍兴站站房及6股铁路股道工程为例开展研究。采用有限元法分析了盾构隧道掘进施工对杭甬铁路路基的变形影响，并基于实测数据对数值模拟结果进行了对比分析，充分验证了袖阀管注浆加固方案的有效性。结果及结论：有限元分析结果表明：未考虑盾构穿越区域地基加固的情况下，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为13.12 mm,不满足沉降控制标准要求；当盾构穿越区域采用袖阀管注浆加固措施后，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为8.20 mm,满足沉降控制标准要求，说明袖阀管注浆能够有效控制铁路路基沉降和轨道的不平顺。实测数据结果表明，盾构隧道下穿铁路施工期间的累计变形历程可分为路基隆起、路基快速沉降、路基平稳波动及后续沉降4个阶段，且前期隆起量大、后续变形相对较小，加固后的路基累计变形量能控制在10.00 mm以内。     

大断面矿山法隧道开挖对小净距盾构隧道的影响分析

以厦门地铁1号线集美中心站站后停车线隧道工程为背景,采用FLAC3D三维有限差分软件,对此大断面矿山法隧道开挖对小净距盾构隧道的影响进行了三维数值分析。分析了CRD(交叉中隔墙)四步开挖法、CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分后开挖)及CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分先开挖)对盾构隧道的影响,揭示了盾构隧道位移和管片弯矩的变化规律:大断面矿山法隧道开挖时对先施工的小净距盾构隧道产生4~9 mm的位移值,盾构管片产生80~170 kN·m的弯矩值。另外,CRD四步开挖对盾构隧道不利,盾构隧道的位移和弯矩分别增大约33%和6%,并且靠近盾构隧道的部分对盾构扰动更大,因此,推荐使用CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分后开挖)。最后对比分析了盾构隧道的现场监测位移值和数值模拟结果。     

砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制技术研究

为研究砂土地层中盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制措施,以西安地铁盾构区间隧道下穿地铁1号线出入段工程为依托,通过资料调研、数值模拟、现场试验和监控测量等方法,对既有隧道加固措施、盾构对地层适应性、掘进参数、隧道变形进行研究。结果表明:砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道,应对盾构进行专门设计,扩大刀盘开口率,配备专门的膨润土拌制和膨化系统,并避免在下穿影响范围内停机;数值计算和试掘进试验结果,盾构施工参数土仓压力为0.1 MPa,注浆压力为0.22 MPa,推力为10 000 kN,出土量为51 m^3/环,注浆量5~6 m^3/环;通过现场监测,盾构下穿过程中,既有地铁隧道轨道最大沉降及高差分别为6 mm和0.8 mm,符合规范要求,确保了地铁的安全运营,变形控制措施对既有地铁隧道作用十分显著。     

双液注浆法在盾构下穿建筑物基础时的应用效果研究

郑州市轨道交通5号线农业东路站—心怡路站区间盾构隧道穿越郑河小区1号楼需截断建筑物基础下方地基中部分水泥搅拌桩。因建筑物基础埋置较深且盾构隧道在地下水位以下,在基础底部注浆难以达到较理想的效果;基础托换工程量大,造价高,故将双液注浆法引入本工程。采用常规措施时盾构隧道下穿引起的建筑物沉降数值模拟值为5. 9 mm,不满足位移控制要求,而采用双液注浆法建筑物沉降实测值为3. 6 mm,满足位移控制要求。双液注浆法能够在盾构机周围形成一道密封不透水环,可有效减少施工过程中的渗水量,使施工安全进一步得到保障。     

隧道盾构掘进引起的地表沉降研究

结合天津地下直径线工程实例,通过建立模型和模拟盾构开挖,采用数值模拟和现场监测相结合方法,对盾构掘进中建筑物附近的地表沉降进行研究,分析盾构掘进前、穿越及离开5个阶段地面的沉降规律。监测和计算结果表明,因初始应力状态改变造成土层变形、地层损失和降水引起的固结变形是造成地表沉降的主要因素;将计算得到的盾构掘进中周围土体位移场和隧道纵、横断面地面沉降曲线与监测纵断面沉降曲线进行比较,反映的沉降规律一致,说明数值模拟在计算地表沉降中可行。     

岩溶地区地铁盾构隧道下穿既有建筑物施工控制技术

以广州地铁12号线聚龙站—棠溪站岩溶地段下穿既有建筑物为工程背景,运用数值模拟软件,分别研究不同施工区间、不同盾构参数对地表沉降的影响.结果 表明:施工间隔越大,双线隧道施工后的隧道受扰动、地表的沉降值就越小,故建议在施工时采取右线贯通后左线再行施工的方案;掌子面顶推力与注浆压力越大,地表的最大沉降量就越小;为避免施工中地表隆起及刀盘磨损较快等问题,建议施工掌子面顶推力取0.25 MPa、注浆压力取0.30 MPa;地表沉降的数值模拟结果与现场监测结果虽有一定差别,但整体趋势一致,仍可指导实际施工.     

浅埋暗挖地铁隧道引起地表沉降的数字模拟与实测分析

地铁隧道施工引起地表沉降问题是地铁隧道建设最难控制且亟待解决的关键性问题之一。根据土体变形机理,对我国北部某城市浅埋暗挖地铁隧道开挖地表沉降量进行有限元预测计算,并利用施工路段现场监测值对模拟结果进行验证。验证结果表明:应用有限元软件模拟计算得到最大竖向沉降量产生在隧道轴线正上方位置,施工结束后的最大沉降值约为39.9 mm;实际监测MS-6断面施工结束后的最大沉降值为55.1 mm;实测值与模拟计算值存在一定差异,距离隧道轴线位置越近,两者差异的数值越大。实测地表沉降值与模拟计算值整体变化一致,因此应用有限元模拟浅埋暗挖地铁隧道引起地表沉降量是可行的。     

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%。     

盾构施工参数对地表沉降的影响及控制措施

依托武汉地铁11号线光谷四站—光谷五站工程区间,研究盾构施工参数的选取对隧道开挖附近的地表沉降及土体变形的影响,并提出相应控制措施。盾构掘进中,围岩压力的变化、土体的松动程度、注浆质量的变化及盾尾间隙的选取等都会对地表变形产生影响。采用Abaqus有限元软件对该工程典型掘进段进行精细化仿真,得到沉降模拟值,并运用三维Peck公式得出沉降计算值,最后与施工过程中典型监测点的沉降监测值进行对比,总结施工参数对地表沉降的影响规律,为施工过程中的地表变形预测与控制提供理论支撑。结果表明,围岩条件、土体卸荷程度和注浆质量对地表沉降的影响较大,盾尾间隙对地表沉降的影响较弱;典型监测点的变形规律与数值模拟规律更为接近,说明数值模拟预测与仿真分析的合理性与适用性。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

地铁盾构区间近距离下穿顶管隧道力学响应及沉降控制标准研究

为解决郑州地铁4号线盾构区间隧道近距离下穿既有交通工程顶管群隧道变形控制问题,采用数值分析和现场监测的手段,揭示了地铁盾构隧道下穿施工对既有顶管群隧道结构变形的影响规律,建立以数值模拟为基础、以隧道管节接缝允许张开量和结构线形允许最小附加曲率半径为控制目标的既有顶管隧道沉降控制标准,并通过现场监测印证了数值计算结果的正...