地铁隧道覆跨比和高跨比对地表沉降的影响

为分析隧道形状及埋深对地表沉降的影响,使用FLAC3D研究城市地铁隧道覆跨比和高跨比对地表沉降的影响,得出地铁隧道不同覆跨比和高跨比对地表沉降的影响规律曲线,指出地铁隧道的覆跨比和高跨比均以大于1.0为最佳比值,为城市浅埋地铁隧道的设计提供参考依据。     

不同地下水位下地铁车站施工沉降对比分析

为了对比分析不同地下水位下地铁车站在施工过程中的沉降变化情况,以长春地铁2号线解放大路车站为实际依托工程,建立了该地铁车站的有限元模型,并且将有限元计算结果与现场实测的施工沉降数据进行对比分析,验证了有限元模型的可靠性。分析了地铁车站中轴线上方的地表沉降在施工过程中的变化情况,并对上导洞、中导洞及1、2洞室拱顶沉降在施工过程中的变化情况进行了分析。通过定义3种不同地下水位工况,将不同地下水位下地铁车站的施工沉降曲线进行对比分析。结果表明:地铁车站中轴线上方地表沉降的有限元计算结果和实测数据的最大误差仅为5.6%,地铁车站中轴线上方的地表沉降量呈现出阶梯式的变化趋势,随着地下水位高度的下降,拱顶沉降量的增长幅度存在突变情况。     

TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度研究

文中基于midas GTS对全断面隧道挖掘机穿越中风化花岗岩的最小覆岩厚度进行研究,通过4个不同地质断面条件和改变覆岩层厚度分析隧道与地表位移特征。结果表明,在隧道与地表横向地层竖向位移特征中,拱顶同高度处横向地层竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,隧底同高度处横向地层竖向位移与覆岩层无关,横向地表竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,最大沉降值出现在左、右线隧道中间;在隧道与地表纵向竖向位移特征中,覆岩层上部土层厚度越大,隧道拱顶沉降越大,隧底隆起值越大,地表沉降值越大;覆岩层越厚,隧道拱顶沉降越小,隧底隆起值越大,地表沉降值越小。文中在4个不同地质断面条件下在覆岩层厚度取值为0.055D、0.11D、0.165D、0.22D(D为隧道外径)时位移特征均满足规范要求,因此TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度可取0.055D。     

地层变位分配控制原理在大跨地铁暗挖车站施工中的应用与研究

北京地铁五号线张自忠路站为大跨暗挖车站,采用浅埋暗挖法施工,对地表沉降控制要求严格.为达到控制地表沉降的目的,根据地层变位分配控制原理,通过理论分析、工程类比和数值模拟等研究手段,分析了张自忠路站各步序地表沉降的分配比例和控制值.施工中根据监测结果和既定控制值,及时变更设计参数和支护措施,成功实现了复杂环境条件下大跨地铁暗挖车站地表沉降值不大于45mm的控制目标.文中提供的研究方法和支护手段,对解决类似地层变位控制要求严格的大断面暗挖施工具有一定的指导和借鉴意义.     

北京地铁粉细砂层PBA车站沉降规律研究

PBA工法工序转换复杂,易引起地表沉降,不同地层条件下的沉降规律难以掌握。尤其在含水粉细砂地层等不良地质条件下的地表沉降难以控制,对周边环境造成一定安全隐患。为研究粉细砂地层PBA车站沉降规律,通过调研北京地铁粉细砂地层PBA车站分布情况,基于监控量测数据分析不同降水条件下PBA车站地表沉降规律,并依据有限元方法进行计算验证,研究表明： 1）大于相应地表沉降值的发生概率与地表最大沉降值的关系符合正态分布,有效降水和未有效降水车站地表最大沉降值分别为-85.31～-93.29 mm、-126.16～-131.35 mm,由数据拟合得出地表最大沉降值超过-60 mm的概率分别为53.30%、74.96%; 2）沉降变形主要发生在导洞施工及扣拱施工阶段(约占90%),上导洞施工、下导洞施工、梁柱体系施工、扣拱施工阶段沉降比例约为4∶3∶1∶2; 3）沉降槽与Peck曲线趋近一致,沉降槽宽度系数在9.82～15.51 m,有效降水车站的沉降槽宽度系数比未有效降水车站的大3～5 m; 4）地层损失率普遍在0.56%～0.70%,沉降槽宽度参数受降水效果影响显著,普遍在0.51～0.89。研究结论可用于初步判断粉细砂层PBA车站的地表最大沉降。     

大断面隧道浅埋段盖挖法施工实例

介绍云桂铁路石林隧道、老笑一号隧道浅埋段有边桩盖挖法和无边桩盖挖法2个施工实例,总结铁路双线大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工的关键技术,对大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工的适用条件进行探讨,提出采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工的条件,即当交通、水电等外部施工条件较好时,在一般地层隧道覆跨比为0.4～0.6的超浅埋段,岩溶洼地覆跨比为0.6～1.0的浅埋段可考虑采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工。     

城市地铁隧道施工对古建筑沉降的影响研究

采用大型有限元软件ABAQUS模拟城市地铁隧道盾构开挖诱发地表沉降规律,并针对开挖推进距离、开挖面支护以及地表建筑物刚度条件对古建筑物地表沉降影响进行了详细分析,得到以下结论:拱顶沉降、上测点周边收敛位移和下测点周边收敛位移,实测数据分别比数值模拟数据大5.41%、13.21%和10.15%,这与现场施工条件比数值模拟更为复杂有关,也说明数值模拟比较可靠。增大盾构推进距离会加大古建筑物地表最大沉降值,但是增大幅度有限,当推进距离增大为原来的3倍时,古建筑物地表最大沉降增大幅度低于10%;增大盾构开挖面支护力会明显减小古建筑物地表最大沉降值,施工过程中可以适当采取增大开挖面支护力的方法来减小古建筑物地表沉降。盾构上方地表存在古建筑物能明显减小地表最大沉降值,但地表沉降槽宽度也相应增加,因此施工过程中若盾构上方存在古建筑物,应进行特殊考虑。     

上软下硬复合地层双线平行隧道施工影响分析

在隧道建设过程中会遇到上软下硬的复合地层,如何控制复合地层隧道开挖对围岩和地层变形的影响成为亟待解决的工程问题。青岛地铁十三号线(R3)二期工程在施工中,隧道穿越上覆地层以土层为主、下部以岩层为主的"上软下硬"复合地层。通过采用数值模拟和现场监测并反馈的方法对青岛地区"上软下硬"复合地层双线平行隧道围岩变形特征和地层移动规律进行研究。研究结果表明:隧道在穿越均一或复合地层时,围岩和地表会产生不同程度的变形;隧道围岩软硬岩比例越高,隧道拱顶下沉、隧道底板隆起和地表沉降量也越大,且以先行隧道拱顶沉降最为显著,在施工中应加以重视。这为双线平行隧道在上软下硬复合地层施工提供了一定的指导意义。     

长春地铁解放大路站基于三维数值模拟的地铁车站施工工法优化分析

为了对地铁车站施工工法进行优化分析,依托长春地铁解放大路站工程,采用数值模拟方法建立数值模型,从中轴线上方地表沉降、拱顶沉降和拱顶应力3方面对6导洞PBA工法、8导洞PBA工法以及一次扣拱暗挖逆作法进行了对比分析,得到： 1）在施工过程中,3种工法的中轴线上方地表沉降、拱顶沉降和拱顶应力变化规律存在明显差异; 2）通过综合对比分析,一次扣拱暗挖逆作法最优,6导洞PBA工法最差。得到的对比分析结果对现场施工具有指导意义。     

叠落式暗挖与盾构隧道施工的变形控制

叠落隧道施工会对地层产生多次扰动,较之单线隧道地层变形机制更加复杂,对变形的准确预测并采取可靠的控制措施是隧道安全施工的重要保证。依托某地铁区间叠落式暗挖与盾构隧道工程,首先采用数值模拟分析了叠落式暗挖与盾构隧道地层变形特性;根据数值分析的结果从地层超前加固、开挖方法、支护结构等方面制订了地层变形的控制措施,使地层变形在控制标准范围内;实际施工中采用给出的控制措施来控制地层变形,保证了工程施工安全,取得了较好的实施效果,并通过现场试验对此进行了验证。研究结果表明:暗挖隧道(上行)施工产生的地表沉降明显大于盾构隧道(下行)开挖,两洞施工结束后的地表沉降最大值位于暗挖隧道拱顶上方;对本工程不同开挖顺序产生的地表变形而言,"先上后下"施工产生的地表最大沉降值及沉降影响范围均大于"先下后上"施工,工程实际中可采用"先下后上"的施工顺序;监测数据表明将暗挖隧道作为地层变形控制重点,通过对暗挖隧道采取超前注浆,可有效控制地表变形,减小两隧道开挖的地表影响范围,说明在暗挖隧道中采用超前注浆可作为叠落式暗挖与盾构隧道修建过程中的重要安全控制措施。研究结果可为类似隧道工程的设计、施工提供一定参考。     

盾构施工影响下砂土地层变形规律模型试验研究

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究。试验模型箱是由钢化玻璃板、底部钢板以及刚框架组合而成的开口箱体,砂性地层采用完全烘干的砂土来制作,盾构开挖过程通过一种能够精确控制地层损失率大小的小型圆筒状传动装置来模拟,试验过程中的地层变化利用视频测量系统进行监测。研究结果表明：随着隧道埋深增加,土体扰动范围逐渐向两侧扩展,地表最大沉降值逐渐减小;当隧道埋深临近土拱形成深度时,沉降槽宽度显著增加,隧道上方核心沉降区逐渐减小。地层损失率与沉降槽宽度之间存在明显的线性关系。砂土粒径越大,地表最大沉降值越小,沉降槽宽度越大;当最大粒径与最小粒径比一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着砂土粒径的增大而减小;当最大粒径一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着粒径范围的增大而增大。不同隧道埋深、地层损失率和砂土颗粒级配下的地表沉降曲线均具有类似高斯分布函数的形态特征,向隧道中线处急剧下降,向远处逐渐变缓,与地层变形规律相似。     

暗挖隧道施工对下穿既有铁路路基沉降规律分析

为研究暗挖隧道施工对既有铁路路基沉降变形影响,采用有限元法模拟分析隧道开挖不同时期路基纵向和横向沉降规律,路基两侧水平偏差沉降模拟以及不同隧道埋深,不同岩土强度参数对铁路路基沉降的影响。结果表明：隧道开挖对路基沉降差值曲线呈现出明显的正态分布规律;在隧道掌子面与前方将要开挖形成拱顶的地层位置较远时,沉降较缓慢,沉降值也较小;在掌子面到达该拱顶位置时,沉降量将以较大的速率快速上升,拱顶沉降较明显;隧道埋深越大路基沉降最大值越小;导致路基沉降变形的主要岩土强度参数是内摩擦角。     

富水盾构隧道地表固结沉降及控制措施研究

依托某城市富水盾构隧道,通过数值模拟,研究地表沉降控制措施,结果表明：富水地层中地表固结沉降占比较高,计算需考虑渗流。考虑渗流下,结构受力变形有不同程度提高;隧道四周剪切塑性区增大。围岩孔压在拱腰聚集,开挖后地下水指向内空,管片注浆后,地下水沿衬砌背后向下渗流;盾尾注浆会改善盾壳受力及不均匀性。考虑渗流,管片变形及弯矩由拱顶、拱底向拱底（变形）和拱顶（弯矩）转移;增大注浆圈为较实用措施。     

无锡软土地层盾构施工下Peck公式的修正

在地铁隧道施工过程中,引起地表沉降的因素较多,致使一些常用的地表沉降评价预计方法出现较大的偏差。为了研究由于地铁隧道施工而引起的地表沉降问题,以无锡地区地铁隧道开挖过程中大量地表沉降实测数据为基础,采用数学方法,引入两个修正系数,即地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β,修正Peck公式中两个重要参数(沉降槽宽度系数K、地层土体损失率η),以适应无锡软土地区研究区段的工况。研究表明:地表最大沉降修正系数α介于0.5~0.9,沉降槽宽度修正系数β介于0.5~0.9,此时沉降槽宽度系数K介于0.40~0.70,底层土体损失率η介于0.4%~0.9%,得到修正后的Peck曲线与地表实测沉降数据更吻合。     

山岭隧道断层破碎带富水段开挖方法的对比分析

以小北山1号隧道为研究对象,采用FLAC3D有限元模拟分部开挖的几种工法,对隧道穿越F3断层破碎带处的开挖过程进行了模拟。针对4种不同施工工法情况下竖向位移、围岩应力以及塑性区进行了对比分析,结果表明,采用预留核心土法时得到的底部隆起、拱顶沉降量和拱脚最大主应力是四种工法中最小的;尽量减小对围岩体的扰动可以对隧道顶部的沉降控制起到一定的作用;拱肩处出现的受拉塑性区在施工过程中容易造成洞室的整体失稳,需及时支护。     

泥水平衡盾构施工对地层孔隙水压力的扰动规律研究

为研究泥水平衡盾构施工对地层孔隙水压力的扰动规律,针对3种典型地层开展流固耦合分析,研究盾构施工期间不同阶段地层孔隙水压力的纵向和横向变化规律,提出孔隙水压力扰动比的概念并对其施工扰动的程度进行评价。研究结果表明： 1）泥水平衡盾构在经过软土地层时,孔隙水压力会有明显的下降趋势; 2）泥水平衡盾构掘进会对开挖面前方土体孔隙水压力产生不同程度的水力堆积效应,该堆积效应的产生是泥膜产生的必要条件之一; 3）不同地层中泥水平衡盾构施工对孔隙水压力造成的扰动不同,拱顶位置孔隙水压力扰动最大,拱腰次之,拱底最小; 4）施工中注浆压力的施加与孔隙水压力的扰动程度密切相关;不同地层在不同的开挖阶段横断面渗流场的分布规律和形状不同,拱顶处均表现为水流压力集中点;同时,泥水平衡盾构在施工期对孔隙水压力的扰动有残余效应。     

“盖挖+自进式管棚”进洞法在崩坡积体中的应用

新疆G575线东天山特长公路隧道出口穿越较大超浅埋崩坡积体。为保证隧道在超浅层崩坡积体中安全、快速通过,控制隧道变形、坍塌、滑移等风险,采用“盖挖+自进式管棚”进洞法施工方式,在发挥盖挖法形成的初期支护钢架 “拱”保护作用下,确保“拱下”洞内自进式管棚施工的安全; 并采用超前自进式管棚注浆预加固松散崩坡积体围岩的施工方式,实现暗洞中安全快速地掘进,确保施工工期。通过对不同进洞方案比选研究与现场实践,并对隧道施工过程中的拱顶地表沉降、洞内拱顶下沉、洞内水平收敛进行监测,回归分析量测数据后充分证明： “盖挖+自进式管棚”进洞法施工对崩坡积体的整体稳定性没有产生影响,采用“盖挖+自进式管棚”法,在崩坡积体中既可确保安全进洞,还可缩短工期。     

桥梁桩基础施工对既有明挖隧道变形影响研究

以某桥梁跨越隧道工程为研究背景,运用有限元软件模拟桥桩基础施工过程,并针对桩基础不同开挖深度对地铁隧道的影响展开对比分析,研究表明:在桥梁桩基础施工过程中,东西双向隧道拱底、隧道左、右拱腰以及桩基础周边土体变形规律均呈对称分布;靠近隧道附近施工对隧道拱底和拱腰的变形影响最大;桩基础开挖深度未超过隧道时,地表沉降与桩周土体水平位移均随着开挖深度的增大而变大,当开挖深度超过隧道位置后,地表沉降与桩周土体位移将不再受开挖深度的影响,其结论可为类似桥梁跨越隧道工程研究提供参考与借鉴。     

漳龙高速公路扩建隧道围岩力学特性三维有限元分析

为分析隧道扩建过程中围岩的力学特性,确保施工期间围岩的稳定性,以漳龙高速公路后祠隧道扩建工程为依托,建立了反映实际地形的三维有限元模型,对后祠扩建隧道施工期间地表沉降、拱顶下沉、周边位移的特征以及拱脚和拱顶的应力变化规律进行计算分析。计算结果表明： 原位扩建隧道位移变化规律不同于普通新建隧道位移变化规律,隧道原位扩建施工过程中,地表沉降曲线表现出了明显的非对称性; 隧道掌子面前方12 m及掌子面后方24 m范围内变形较为迅速,为非稳定变形段; 根据隧道拱顶位移曲线,提出了针对扩建隧道位移空间变化规律的公式,该公式能预测后祠隧道的变形,从而为施工提供建议和指导; 隧道拱脚表现为压应力集中区,随着开挖的进行,拱脚主应力逐渐增大,而拱顶主应力逐渐减小并向拉应力过渡,最终拱顶呈现出较小的拉应力。