西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

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%。     

浅埋小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨

运用ANSYS有限元程序,研究浅埋偏压小净距隧道在不同的偏压角度、间距、埋深条件下,先开挖深埋侧和先开挖浅埋侧2种不同的开挖顺序下的受力和变形特性,对比分析了围岩最大拉应力、围岩洞周最大位移、中岩柱水平位移和竖向应力。研究结果表明：随着角度的增加,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧隧道及中岩柱更加安全;当间距小于0．5倍洞径时,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧安全;当间距大于0．75倍洞径时,先开挖浅埋侧对于隧道受力更加有利;当埋深在1倍洞径以下,先开挖深埋侧隧道整体稳定性及受力更加安全,当埋深大于1．5倍洞径时,先开挖浅埋侧隧道受力更加安全。     

浅埋暗挖法在下穿公路连拱隧道施工中的应用

采用浅埋暗挖法在既有公路下修建高速公路连拱隧道,隧道施工对围岩造成多次扰动,从而引起地层发生位移和沉降,较大的地层位移和沉降将影响既有公路的正常运营,同时上部汽车荷载对隧道施工安全隐患较大,因此,下穿公路连拱隧道浅埋暗挖施工面临许多技术难点,必须采取特殊的超前支护和施工工艺。在土江冲隧道施工中综合应用双层管棚超前支护、三导洞法开挖、信息化施工等技术,使隧道成功下穿319国道。     

下穿高速公路铁路隧道对高速公路的影响研究

以草帽山隧道工程为背景,采用数值模拟的方式,对铁路隧道下穿高速公路时对高速公路的影响进行研究。分析高速路面在7种隧道埋深时的沉降量,得出路面沉降和隧道埋深的关系曲线,将隧道合理埋深确定在30 m左右;并且对埋深32m时的隧道围岩变形以及公路路面沉降进行详细分析,得出隧道施工对高速公路的影响范围,即公路荷载的压力扩散对隧道的影响长度为路面宽度的4倍,路面产生较大沉降的范围约为隧道跨度的2倍。从而对工程设计和施工提供参考。     

超浅埋暗挖隧道施工技术

介绍了在确保隧道上方高速公路地面交通正常通行的情况下,超宽断面、埋深仅为0.5～2.5 m的超浅埋平顶直墙下穿隧道工程采用管棚超前支护,结合小导管注浆加固地层、多导洞施工方案和微台阶开挖法来达到控制地表沉降和保证施工安全的施工技术。     

复杂条件下超大跨地铁车站施工仿真技术研究

研究目的：研究复杂条件下超大跨浅埋暗挖地铁车站施工时,不同施工工序下开挖引起的地层扰动对地表沉降及拱顶下沉的影响规律。研究方法：以某超大跨浅埋暗挖地铁车站作为工程背景,利用ANSYS有限元软件作为开发平台,以浅埋暗挖隧道开挖支护理论为基础,采用平面应变模式,对双层两柱暗挖结构的三跨连拱隧道开挖支护全过程进行非线性仿真研究。研究结果：仿真计算结果与现场监测数据基本吻合,可以指导该类型隧道施工的地层沉降仿真研究、施工作业及信息化施工。研究结论：地表沉降影响范围约3倍洞径,最大沉降量为20.75 mm,拱顶最大下沉量为29.93 mm;超大跨隧道分部开挖“群洞效应”明显,在“上软下硬”围岩地层中,地层变形控制的关键工序是上部软岩断面的开挖支护,下部断面要减少爆破振动对地层变形的影响;大跨隧道开挖支护中,不同分部开挖引起的沉降量及沉降槽宽度是不同的。     

基于总安全系数法的隧道围岩压力代表值研究

研究目的:由于地质条件的千变万化、施工水平的差别、支护参数的不同,即使围岩条件相同,围岩压力在时空上也具有变异性,导致实际围岩压力难以确定,而采用总安全系数法设计时,仅需要寻找围岩压力的最不利情况。为此,提出深埋隧道采用围岩压力代表值作为设计支护力的理念,并对其计算方法与合理性展开研究。研究结论:(1)采用"围岩压力代表值"作为设计支护力,为解决安全系数设计法中实际围岩压力难以确定的问题提供了思路;(2)当埋深不小于10～15倍洞径时,建议采用无支护状态下隧道(等效为当量圆)顶部45°位置处塑性区边界至开挖轮廓线范围内的围岩自重作为围岩压力代表值;当埋深小于10～15倍洞径时,可取弹塑性有限元计算的拱部90°范围内的平均塑性区自重作为围岩压力代表值,该计算结果具有合理的安全性与经济性;(3)当软弱围岩的两端为较好围岩时,荷载具有空间效应,导致围岩压力代表值低于理论计算值,具体折减值与隧道洞径、软弱围岩的长度等因素有关,超前注浆加固圈具有明显的承载作用,可以显著降低围岩压力代表值;(4)本研究结果可为完善隧道支护结构的量化设计方法提供思路。     

盾构双线隧道下穿通信铁塔近接影响分析

地铁双线隧道盾构下穿通信铁塔,风险程度较高。研究盾构近接施工对铁塔位移的影响,对于保证施工中铁塔稳定具有重要意义。以天津地铁6号线盾构隧道下穿通信铁塔为例,通过有限元数值分析软件ABAQUS对盾构施工过程进行模拟。将地表沉降计算值与地表实测值进行对比,验证盾构模拟的合理性。对地铁双线隧道不同位置处下穿通信铁塔时铁塔位移变化进行研究,得到各位置处铁塔位移分布规律。同时分析铁塔受影响较大区域,结果表明在左线隧道开挖过程中,距隧道中心2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大;右线隧道开挖过程中,左线隧道左侧2倍洞径至右线隧道右侧2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大。     

复合式土压平衡盾构隧道开挖面稳定理论与应用研究

简要介绍了土压平衡盾构的应用范围和特点;论述了盾构隧道开挖面的稳定机理和支护压力的计算方法。以ZTE6250复合式土压平衡盾构为例,详细介绍了该盾构的设计思路、稳定隧道开挖面的实现过程以及支护压力的控制方法。     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

不良地质条件下大跨隧道出口段施工技术

彭水隧道出口段大跨度浅埋隧道，地层严重风化，仰坡有失稳滑移可能。由于采用了抗滑拉加固仰坡土体、设天沟阻止地表水、开挖隧道时采用了超前支护、保留核心土环形开挖的施工方法，确保了隧道顺利进洞。     

富水地层双线小净距土压平衡盾构开挖面稳定性研究

为研究富水地层双线小净距土压平衡盾构隧道开挖面的扰动行为和稳定性,基于屈服接近度的概念,提出开挖面稳定性分析方法;并结合广佛环线沙堤隧道工程,分析不同纵向开挖间距下双线隧道施工时,先行隧道开挖面的渗流场分布、应力场扰动和极限支护压力差异性。研究结果表明,随着纵向开挖间距的增大,先行隧道开挖面的水压力分布趋向于以隧道中心为轴线呈近似对称分布,后行隧道开挖引起的先行隧道开挖面的渗透力较小;屈服接近度可以从应力扰动的角度反应隧道施工对于土体的扰动程度和开挖面稳定性的影响;对于富水地层双线小净距土压平衡盾构隧道,不同纵向开挖间距下先行隧道开挖面的极限支护压力差别不大。     

兰州地铁穿越黄河段盾构隧道施工注浆压力研究

兰州地铁穿越黄河段地层以卵石层为主,拟采用泥水平衡盾构法施工。通过注浆压力经验值的分析和比较,在注浆压力与隧道埋深处的地层应力持平情况下,采用太沙基法土压力计算模型计算出注浆压力,并对其注浆压力值进行参数敏感性分析,得出隧道在埋深不同时拱部和底部的注浆压力建议值,可供工程设计与施工参考。     

近距离下穿既有隧道的盾构施工参数研究

采用数值模拟方法分析不同埋深的既有隧道下方土压力分布规律可知:既有隧道对其下方土压力的横向和深度影响范围均为隧道外直径的1.5倍,且沿横向分为3个区域,即接近既有隧道的逐步降低段、穿越时保持最低位和穿出的逐步增加段;既有隧道下方最小土压力与上覆土厚度呈负指数关系,与距离隧道底的间距呈对数关系。根据既有隧道下方土压力的分布规律,提出近距离下穿既有隧道的盾构施工参数设定应分为3个区,并给出各区长度和施工参数建议设定值的计算公式。结合某隧道近距离下穿运营中的既有隧道工程可知,施工参数的实测值与建议设定值吻合较好,且将既有隧道的竖向变形控制在5 mm内。     

深埋风积沙地层隧道掌子面失稳特征研究

研究目的:风积沙是一种黏聚力低、自稳能力差的土体,给隧道设计和施工带来很大困难。本文研究旨为揭示不同掌子面角度下深埋风积沙地层隧道的掌子面失稳特征,从而反馈设计施工。研究结论:(1)掌子面前方失稳区呈楔形状,再向上扩展形成封闭的灯泡状区域,随着掌子面角度增大,失稳区下部扩大,上部缩小,掌子面稳定性逐渐改良;(2)掌子面角度对于失稳区的纵向、横向尺寸影响不大,失稳区前边界约为掌子面前方1倍洞径处,横向跨度约为2倍洞径;(3)失稳土体中存在压力拱,其顶点位于拱底上方1~2倍洞径间,随着掌子面角度增大,失稳区形成的压力拱顶点在下移,跨度在减小;(4)本文推导了适用于深埋风积沙地层的掌子面支护力计算公式,并提出了相关设计施工建议;(5)本研究成果可应用于深埋风积沙隧道,尤其是台阶法或盾构法开挖的隧道。     

浅埋隧道下穿铁路的线路加固措施与效果分析

介绍下穿既有铁路的城市道路隧道施工时,对既有铁 路所采取的防护加固措施;用D24便梁加固股道,对砂质粉土 层采取降水措施、隧道开挖用长管棚支护,并对隧道周边地层 注浆,暗洞采用CRD工法施工,有效地保证了既有铁路行车安 全。     

重载铁路隧道近距下穿高速公路暗挖施工技术

山西中南部重载铁路某隧道在DK503+122处下穿山西省境内的长平高速公路,高速公路为双向四车道,宽26 m。铁路为单洞双线浅埋暗挖隧道,隧道断面开挖跨度为11.3 m,隧道下穿段埋深11.5 m。如何在铁路隧道开挖、支护施工过程中,确保高速公路的正常运营,严格控制路面的沉降、变形,是本工程的重点和难点。通过采取大管棚超前支护、CRD法开挖及监控量测等措施,保证了高速公路的正常运营及铁路隧道的施工安全。     

浅埋暗挖地铁重叠隧道近接分区

由于浅埋暗挖地铁重叠隧道的净距过小,给设计和施工带来困难。基于单一隧道施工对周围环境影响范围具有局限性原理,采用摩尔-库仑屈服准则,将浅埋暗挖地铁重叠隧道的相互影响区划分为无影响区、弱影响区和强影响区,以便对其进行相应的设计和施工。以深圳地铁老(街)—大(剧院)区间重叠隧道为例,应用近接分区的研究成果,沿纵向按净距对其进行影响区段划分,并分别制定相应的设计原则:当左线隧道位于右线隧道上、下45°区且两隧道净距小于1倍平均隧道洞径时,设计支护参数加强两级;当左线隧道位于右线隧道上45°区且两隧道净距在1~1.5倍平均隧道洞径之间时,设计支护参数加强一级;当左线隧道位于右线隧道上45°区且两隧道净距大于1.5倍平均隧道洞径时,可按一般单线隧道设计。现场监测结果表明,近接分区的划分符合实际。     

金牛山浅埋大断面隧道施工技术

新建铁路金牛山隧道全长1 905 m,进洞与出洞段覆盖层厚约2 m,最大埋深35.37 m,下穿高速公路处,埋深只有9.28 m,安全隐患突出。在地质核查和详细分析的基础上,总结了利用长管棚超前支护、控制测量、施工栈桥等一系列方法,确保施工安全质量的技术措施。