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。     

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。     

盾构与浅埋暗挖隧道小间距并行施工技术研究

成都地铁5号线为满足车辆调度需求,在九兴大道站小里程端采用左线盾构隧道与右线大断面浅埋暗挖隧道的双线并行布设方案,双洞净距2.9m。本文以该超小净距隧道为背景,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降规律及夹层土体应力状况进行了分析。结果表明,无论何种开挖次序,先行隧道的开挖均会导致后行洞开挖引起的地表沉降曲线向先行洞偏移并有所增大;由于左线小断面盾构隧道施工扰动理论上较小,因此先施工右线大断面浅埋暗挖隧道后再进行左线盾构隧道的施工顺序更为合理;先浅埋暗挖后盾构隧道施工造成的地表沉降值在两洞中间区域略小于先盾构后浅埋暗挖隧道施工;双线隧道通过后地表沉降槽呈现出"U"形状态,盾构隧道的通过造成地表沉降影响范围增加了约1/4;双线开挖过程中中间土体在浅埋暗挖隧道一侧受施工的影响更为明显,应重点关注。     

暗挖地铁隧道下穿既有建筑物沉降变化规律研究

依托西安地铁4号线某浅埋暗挖地铁区间隧道下穿既有建筑物工程,采用数值模拟与现场监测相结合的方法进行研究。研究结果表明:在下穿既有建筑物时,CRD(交叉中隔)工法产生的地表及建筑物沉降最小,上下台阶预留核心土法诱发的变形最大,CD(中隔墙)工法位于两者之间,区间隧道下穿既有建筑物宜采用CRD工法进行施工;隧道正穿既有建筑物施工对建筑物竖向沉降影响较大,对差异沉降影响较小,而旁穿时引起的差异沉降较大;采取保护措施后,利用CRD工法进行施工引起的地表以及建筑物沉降均在可控范围内,保证了建筑物的安全。     

小净距浅埋暗挖隧道下穿密集房屋安全性分析

研究目的:受城市复杂环境的影响,城市隧道的修建有时不可避免地要下穿房屋。为了达到减少房屋拆迁的目的,本文通过城市小净距软岩浅埋暗挖隧道的数值模拟,研究隧道下穿密集房屋施工过程中不同的施工方案所引起地表沉降量及洞顶建筑物沉降规律,进一步分析洞顶建筑物的安全性。研究结论:(1)隧道施工引起地表沉降的程度主要取决于地质条件、隧道埋深、开挖跨度及施工方法等因素,其中施工方法的影响最为明显;(2)根据数值模拟计算及地表建筑物的实测结果,小净距浅埋暗挖隧道下穿房屋采用CD法施工+超前小导管注浆加固岩体,可以有效地控制地表沉降,保护地表建筑物的安全;(3)本研究成果主要应用在城市隧道工程领域,对今后类似工程的设计、施工具有借鉴意义。     

北京地铁6号线浅埋暗挖法车站施工地表沉降规律研究

对北京地铁6号线浅埋暗挖法车站施工引起的地表沉降规律进行研究,通过其中10个车站的地表沉降监测数据,分析地表沉降与车站埋深、开挖面积等影响因素的相关关系。研究结果表明:车站埋深与地表沉降不成反比;开挖面积相近时,东四站及其以东的暗挖车站地表沉降值明显大于其以西的暗挖车站;地表沉降区间频率曲线服从正态分布,地表沉降-40~-60 mm出现的频率最大;暗挖车站主体小导洞及桩柱体系、初支扣拱、二衬扣拱3个主要施工阶段引起的地表沉降比值为38∶14∶5;沉降槽反弯点与隧道中线的距离为10~14 m,地层损失率为0.3%~0.7%。研究结论可为类似车站周边环境风险评估及北京规划远期地铁线路起到指导作用。     

地铁盾构施工对邻近建筑物桩基的影响研究

在地铁工程建设中,盾构法施工得到推广使用。而当近距离侧穿建筑物的桩基时,盾构推进会对桩基周围土体及桩基产生影响,从而引起地表沉降,危及建筑物的安全。此文以深圳地铁某隧道区间盾构施工近距离侧穿一建筑物桩基为工程背景,选取桩基与隧道间距最小的断面,采用有限元软件,建立数值计算模型,研究盾构推进对桩基周围土体及桩基的影响程度,以及造成的地表沉降。研究结果表明:桩身最大侧向位移出现在隧道轴线位置附近,桩的竖向沉降量沿桩长变化很小,桩身弯矩沿桩身分布,有正弯矩区和负弯矩区,桩身轴力沿桩长逐渐增大,到隧道轴线位置时达到最大值。隧道顶正上方地表沉降最大,为12.6 mm,两侧沉降量逐渐减少,形成一个横向沉降槽。     

浅埋大跨暗挖地铁车站施工地表沉降分析

研究目的:针对浅埋大跨暗挖隧道地铁车站施工中,易产生地层的反复扰动、力学转换复杂等现象,引起地表过大沉降。本文主要介绍浅埋大跨暗挖地铁车站施工,通过对地表沉降的监控量测,分析变形规律,并对各种影响效应进行分析。研究结论:通过研究得出以下结论:(1)车站主体施工引起的地表沉降累计沉降平均为-36.31 mm,应该对地表沉降的限值进行修正,达到施工对周边环境影响最小,同时降低工程成本;(2)车站主体施工引起的地表沉降槽为:以车站中线为中心,拐点距沉降槽中心18 m左右,车站中线20 m以外地表沉降开始迅速减小,沉降分布范围为车站中心左右两侧约25~30 m;(3)车站主体施工引起的地表沉降主要发生在小导洞开挖支护和扣拱施工阶段,其地表沉降分别占到总沉降的48.47%和93.03%,尤其是小导洞开挖支护阶段,对地表沉降的贡献接近总沉降的一半;(4)该研究成果可为类似浅埋大跨暗挖地铁工程的设计、施工提供借鉴。     

电力隧道浅埋暗挖法施工与模拟计算

结合郑州地铁电力隧道工程,重点阐述了浅埋暗挖法的具体方案。结合工程实际,提出了采用格栅钢架及取消锚杆仅用锁脚钢管的改进措施。对施工中遇到的涌水险情和路面沉降及时进行了处理。总结了粉质黏土层中浅埋隧道暗挖的施工经验,并结合有限元数值模拟计算印证了浅埋暗挖施工方案的合理性。     

城市浅埋暗挖地铁隧道沉降控制与分析

按地面建筑物沉降、地面沉降变形的不同要求对沉降控制问题做出分析,给出相关的控制基准值经验公式。结合南京地铁鼓楼站—玄武门站区间具体情况,对浅埋暗挖隧道地表及建筑沉降进行细致监测,并根据现场实测数据进行较为深入的分析,阐述在设计及施工浅埋暗挖地铁隧道时应注意的事项。     

浅埋暗挖地铁大断面隧道施工引起的地层变形特性

运用数值模拟及现场监测的方法对石家庄地铁浅埋暗挖大断面隧道施工过程中引起的地表沉降变形规律进行了研究。结果表明:采用双侧壁导坑法(9导洞)能够将地表沉降控制在允许范围之内;在不同的施工步地表沉降速度存在较大差异,在隧道的拱脚处塑性区较为发育,隧道两侧地表会出现拉伸破坏区。应及时采取深孔注浆、径向注浆等加固措施,以有效控制塑性区的发育、地表沉降,保证隧道周边建筑物的安全。     

双连拱地铁隧道施工关键技术及力学行为模拟

研究目的:本文依托西安地铁5号线雁鸣湖停车场段双连拱隧道浅埋暗挖工程,结合该工程中导洞+上下台阶施工方法,探讨双连拱地铁隧道在黄土地区应用的关键技术,并从地表沉降、对既有隧道影响、新建隧道衬砌应力变化及变形规律四个方面论述双连拱隧道施工的力学行为变化规律。研究结论:(1)受中导洞分割作用,左、右正洞施工相互影响微弱,其初衬变形规律基本相同,双连拱隧道施工引起的地表沉降可以认为是中导洞、右洞、左洞独立开挖引起的地表沉降的叠加;(2)当前施工方案下既有隧道主要产生整体性偏移,最大水平位移及竖向位移分别为7. 2 mm、5. 5 mm,而其最大拱腰收敛量仅为2. 25 mm,最大应力变化量仅为0. 35 MPa;(3)初衬拱顶沉降可分为三个阶段:迅增阶段、缓增阶段、稳定阶段,其中迅增阶段(超过监测断面2倍洞径以内)为施工过程中的关键阶段,施工过程中应加强监测,并根据实测数据采取相应保护措施;(4)初衬施工过程中,随着后行洞的开挖,中隔墙受力逐渐对称,墙中心水平偏移及墙角应力偏差减小,初衬施工结束时中隔墙受力及变形已基本恢复对称;(5)本研究可为黄土地区城市地铁双连拱隧道施工关键技术及力学行为规律的进一步研究提供有益参考。     

深圳地铁隧道邻接施工沉降数值模拟研究

研究目的:针对深圳地铁新建隧道邻接既有隧道工程,利用FLAC3D软件进行施工过程模拟,探讨新建地铁区间隧道施工过程中新建隧道周边地层位移、既有隧道施工沉降、地面沉降、新建与既有隧道的安全等问题.研究结论:在本地质条件和特定盾构推力情况下,地面最大沉降12.9 mm,最大隆起值0.7 mm,变形量满足设计要求;既有隧道施工结束并完成相应固结沉降最终沉降值为1.8 mm,地表沉降槽宽度约60 m,沉降曲线相对平坦,满足既有隧道横向差异沉降要求.     

浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位分析

研究目的:为了解浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位规律,本文结合西安地铁二号线依托工程,构建三维数值计算模型,对黄土地区浅埋暗挖地铁隧道施工的地表、地层纵、横向变形规律进行系统研究,以期提高黄土地区地铁区间隧道的修筑水平。研究结论:(1)双洞开挖的空间效应与开挖洞径和相对位置有直接关系,后开挖洞室掌子面距先行洞室测试断面两倍洞径左右时开始产生影响,开挖洞室到先行洞室测试面断面时,影响最大;(2)浅埋暗挖法施工中地表地层沉降基本经历缓慢变化、急剧变化及逐渐平稳三个阶段;(3)施工对地层的影响与埋置深度近成反比关系,随地层深度逐渐增加,施工对另一侧地层的影响则逐渐减弱;(4)沉降速率与距离监测断面成反比关系,随掌子面向监测断面的靠近而不断增大,而后随着掌子面远离监测断面而不断减小,呈漏斗形,最大值在掌子面过后的2~4 m的范围;(5)横向的地表沉降曲线呈宽底漏斗状,地层沉降曲线变为标准W形;(6)本文研究成果可为西安地铁修建中的地上地下重点文物和古今建筑的保护提供技术支持。     

地铁区间浅埋暗挖施工的地表沉降特征

通过大量现场监控量测数据的统计分析,研究在北京地区黏性土与砂性土互层的地质条件下地铁区间隧道浅埋暗挖法施工引起地表沉降的一般特征。结果表明：对于所考虑的17个北京地铁区间工点的现场监测数据,约有95．3％的最大地表沉降小于40mm,大于某沉降值的累计发生频率曲线符合正态分布;地表沉降槽宽度参数的取值范围为0．26～0．60：地铁区间隧道施工引起的地层损失率在0．19％～2％之间。     

不同开挖步骤引起浅埋隧道地表沉降的数值分析

地铁施工扰动地层,必然造成相应的地层变形。结合沿海地区软土地区浅埋暗挖矩形隧道施工,使用有限元软件对分部开挖进行非线性数值模拟,分析矩形隧道初期支护在开挖过程中的地表沉降变形。分析结果表明,浅埋软土矩形大跨隧道在开挖过程中,群洞效应的作用和施工方案有密切关系,在此基础上提出了控制地层变形的技术措施,在天津地铁1期工程施工中得到了充分的利用并且取得了良好的效果。     

新建地铁车站近距离上穿既有地铁区间隧道施工方案的选择

北京地铁新建5号线东单站垂直上穿既有地铁1号线区间隧道,采用浅埋暗挖法施工,基于Peck公式预测施工引起的地表最大沉降为-34.5～-69.0 mm.为了严格控制地表沉降和既有地铁区间隧道上浮,采用工程类比法和FLAC3D有限元法,对柱洞法、中洞法和侧洞法3种地铁车站施工方案进行对比分析,结果表明柱洞法引起的地表沉降、既有地铁区间隧道上浮及结构内力变化均明显小于中洞法及侧洞法,因此施工方案选用柱洞法,并且洞室1、洞室3和洞室8的开挖以及中部梁柱体系施作阶段是柱洞法施工的关键控制步骤.施工完成后,实测地表最大沉降为-53.2 mm,既有地铁区间隧道底板最大上浮为7.7mm,均在控制标准之内.     

富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

厦门地铁上软下硬地层盾构施工引起的地表沉降研究

针对厦门地铁1号线莲坂站~莲花路口站盾构区间隧道工程,通过现场监测和数值模拟,研究在上软下硬地层中过渡区盾构法隧道施工对地表沉降变形规律的影响。研究结果表明:上软下硬地层地表横向沉降受硬层比的影响比较明显,基本上表现为随硬层比增大,地表沉降量整体减小且沉降槽变浅的趋势。其中隧道轴线正上方以及轴线附近监测点的沉降量受硬层比的影响相对于远离隧道轴线的监测点要大;上软下硬地层地表纵向沉降受硬层比的影响主要表现在地表纵向沉降量及开始和结束的位置变化上,随着硬层比的变大,盾构施工对地表纵向沉降量及其影响范围都在缩小;通过研究隧道轴线正上方监测点地表最终沉降值与硬层比的关系,建议将硬层比15%~85%视为开展上软下硬地层地表变形研究的阈值。     

浅埋暗挖法施工近接交叉地铁隧道地表沉降监测分析

研究目的:结合某城市地铁5号线与6号线近接交叉隧道施工现场监测,对大跨度交叉隧道采用浅埋暗挖法施工的地表变形规律分析,总结出交叉隧道地表沉降产生的原因.研究结论:(1) 交叉近接隧道采用浅埋暗挖法施工的地表沉降曲线形状与合成的Logstic曲线比较吻合.(2) 交叉结构开挖过程中的反复扰动和结构间的体系转换等是地表变形的主要原因.(3) 施工过程中合理的开挖步距、增设临时仰拱及注浆加固等措施对控制地表变形有比较显著的作用.研究结果对浅埋暗挖施工、优化施工顺序、合理利用和控制交叉隧道施工引起的变形叠加具有一定的实际参考价值.