天津地铁3号线盾构法施工技术

天津地铁5号线第10标段位于天津市繁华地段,交通繁忙,地质复杂,工程大部分地段是软土地层。根据地质勘察资料,确定隧道盾构总体施工方案。论述隧道盾构施工主要工艺、联络通道及端头冻结加固、盾构法施工变形控制,提出对地面隆陷、建筑物下沉及倾斜、地下管线及隧道管片变形进行监测,提出采用盾构前方隆陷控制、盾构掘进沉降控制和固结沉降控制等措施控制地面变形量。采用盾构法施工具有较高的技术经济性。     

隧道竖井施工对地下管线影响的数值模拟

研究目的:研究武汉长江隧道施工对地下管线的影响,对于确保工程的安全实施至关重要.建立江北竖井地下连续墙、土体与地下管线变形耦合作用的三维有限元分析模型,分析不同开挖步骤、不同管材、不同地下管线埋深、离基坑的不同距离、不同管径、壁厚对地下管线位移的影响.研究结论:以武汉长江隧道江北竖井施工为例,通过建立计算模型和对不同开挖步骤、不同管材、不同管径、不同地下管线埋深、离基坑不同距离的分析,管线位移随开挖深度增加而增大,头两步开挖对管线位移的影响起决定性作用,在前二步开挖时要严密监测施工对管线的影响;由于受到地下连续墙的抑制作用,地下管线存在着端部效应问题,离基坑越近,其端部效应越明显,端部效应改变了管线的位移形态;管线外径和壁厚对其位移的影响不显著;多种管线并存时,其相互影响不显著.     

武汉长江隧道盾构施工引起的地表沉降预测

研究目的:盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,进而影响到周围建筑物和地下管线.因此,准确预测武汉长江隧道工程盾构施工引起的地表沉降对保护周围建筑物和地下管线有着重要意义. 研究结论:研究结果表明,沿隧道轴线盾构开挖面后方40 m以外,土体的沉降可以达到稳定状态,地层损失率不超过2.0%时,由于土体塑性变形引起的地表沉降占总沉降量的比例较小.     

隧道竖井施工对地下管线影响的数值模拟

研究目的：研究武汉长江隧道施工对地下管线的影响，对于确保工程的安全实施至关重要。建立江北竖井地下连续墙、土体与地下管线变形耦合作用的三维有限元分析模型，分析不同开挖步骤、不同管材、不同地下管线埋深、离基坑的不同距离、不同管径、壁厚对地下管线位移的影响。研究结论：以武汉长江隧道江北竖井施工为例，通过建立计算模型和对不同开挖步骤、不同管材、不同管径、不同地下管线埋深、离基坑不同距离的分析，管线位移随开挖深度增加而增大，头两步开挖对管线位移的影响起决定性作用，在前二步开挖时要严密监测施工对管线的影响；由于受到地下连续墙的抑制作用，地下管线存在着端部效应问题，离基坑越近，其端部效应越明显，端部效应改变了管线的位移形态；管线外径和壁厚对其位移的影响不显著；多种管线并存时，其相互影响不显著。     

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。     

盾构法施工对既有桥基础变位的影响分析

研究目的:盾构法施工对周围土体及既有建筑物的影响极为复杂,分析盾构施工过程中对周围既有桥梁基础的影响具有重要的工程价值和研究意义。本文以某隧道开挖的工程实例为背景,采用ABAQUS通用有限元软件,建立了结构的三维有限元模型,考虑了土体及其与结构间的非线性特性,模拟了盾构法隧道开挖的完整施工过程,最终得到了盾构施工过程中既有桥梁的承台和桩基础的变位规律。研究结论:分析表明,在开挖过程中,在开挖掌子面压力的作用下,前方土体隆起,最大隆起量为4.287 mm;由于开挖引起的土体损失、土体应力释放以及盾尾空隙的共同作用,导致盾构正上方及盾构后方的土体发生沉降,最大沉降量为6.651 mm。盾构施工过程中,承台将发生较大的竖向、横向和纵向变位,不可忽略。进行既有桥梁上部结构分析时应考虑承台的基础变位影响。     

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。     

基坑开挖引起旁侧运营隧道三维变形特性研究北大核心

针对基坑开挖对旁侧隧道的影响问题,建立考虑土体小应变刚度特性的三维有限元数值模型,系统研究了软黏土地层基坑-隧道相互作用机理,分析了隧道埋深和隧道与基坑水平间距对隧道三维变形的影响规律。结果表明:新建基坑在运营隧道旁侧施工时,隧道拱顶和基坑侧拱腰的变形最大;当隧道埋深与直径之比从0.5增至2.5时,隧道的最大竖向位移和最大水平位移降幅分别为69%和34%;当隧道与基坑水平间距与直径之比从0.5增至2.5时,隧道的最大竖向位移和最大水平位移降幅分别为46%和21%;基坑施工时应选择合适的避让距离,降低新建基坑施工对运营隧道的不利影响。     

大直径盾构下穿施工对近邻地面构建筑物的影响分析研究

针对大直径盾构下穿近邻地面设施施工工况,建立考虑地层-隧道-构筑物相互作用的三维有限元模型,真实的模拟了盾构施工过程,系统的分析了盾构掘进对地层和构建筑物的沉降影响、刀盘位置对构建筑物的影响;进一步研究了不同位置桩的桩基承载力受盾构开挖的影响。结果表明:地面及构建筑物的沉降影响主要集中在隧道顶部,影响宽度约为隧道宽加两倍隧道埋深;刀盘正上方的地层沉降速率最大;受盾构施工影响,桩顶桩基承载力增大,桩底桩基承载力减小,当桩位于隧道正上方时,桩顶和桩底的桩基承载力的变化最大。所得结论为减小大直径盾构下穿施工对近邻地面构建筑物的影响有一定的指导作用。     

北京地铁暗挖车站施工对管线的影响分析

地铁开挖对近邻管线的影响已成为地铁工程中的重点问题。通过隧道支护结构-土体三维有限元分析模型及施工监控量测相结合,对北京地铁黄庄站10号线地铁施工对管线的影响进行分析,根据管线的性质、埋深、管线与隧道的位置不同,考虑施工中可能会出现的风险,对管线分区段进行地表沉降控制,并结合有关管线安全性的评价标准对地下管线的安全性进行分析和预测。结果表明,开挖完成后的最大地表沉降预测值为94.7mm,未超过管线安全性要求,但由于黄庄站地层存在着比较多的空洞,地层富水和管线下漏水,因此为保证管线的正常使用,对管线及地层提出具体的加固措施。     

盾构法隧道施工的横向沉降槽分析

地下开挖引起的地表沉降是地铁修建过程中的关键问题.以盾构法施工的广州市某地铁隧道的现场实测资料为依据,对盾构法施工引起的沉降进行了深入研究,并在经典Peck公式中引入沉降槽偏移参数.在绘出不同埋深的沉降槽实测形状的基础上,利用数学方法对沉降槽的形状、影响范围、宽度系数进行了研究.     

砂层隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响

通过设计小尺寸模型试验，探究在不同埋深、不同施工方法下砂层中新建隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响。结果表明：隧道开挖面发生失稳时，在开挖面前方地层中产生的松动区先呈半个心形，然后沿竖向和横向扩展，逐渐呈上宽下窄的喇叭形，此时地表产生沉降；不同埋深、不同施工方法下开挖面前方土压力均先迅速减小，然后小幅上下波动，最后趋于稳定；隧道埋深和施工方法对地表最大沉降影响很大，地表沉降随隧道埋深增加而减少，采用中隔壁法施工时地表沉降仅为全断面法的17.7%；隧道开挖面失稳会导致既有框架结构产生纵向弯矩，随隧道埋深增加，结构中更多位置出现纵向弯矩；既有结构内力随失稳程度增加而增大，靠隧道侧既有框架结构受影响更大。     

盾构施工引起地层损失率变化特征

城市地铁盾构法施工对周围土体产生扰动引起地表位移是施工中必须重视的问题。当盾构隧道下穿既有隧道或管线等构筑物时,地层位移不可忽略。以北京地铁14号线方-十区间为背景,采用地层分层位移监测技术体系,通过多元回归分析和坐标转换等方法监测得到某一位置不同深度测点地层位移,研究不同深度地层的竖向位移分布特征以及随盾构推进的动态变化规律,并结合数值模拟进行对比分析。结果表明：地表和不同深度地层都呈现明显正态分布的沉降槽特征,沉降槽最大沉降值从拱顶传至地表过程中逐渐衰减且变形影响范围不断向两侧扩展,埋深较小的沉降槽宽而浅,埋深较大的沉降槽窄而深。实测结果及数值模拟均揭示了盾体通过阶段和盾尾脱出后阶段占有最终沉降较大比例,这为有效充填开挖间隙以及加强盾尾空隙注浆效果以有效控制地层位移提供理论支撑及指导意义。     

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。     

轨道梁支座对盾构法隧道结构受力的影响分析

结合工程实际情况,运用有限元方法,针对跨座式单轨轨道梁支座对盾构隧道结构内力的影响进行了分析.结果 表明:在轨道梁支座作用下,盾构法隧道底部弯矩分布由正弯矩转变为负弯矩,底部轴力明显减小,底部剪力增大且局部急剧变化;轨道梁支座荷载作用对盾构隧道圆心以上结构影响较小;环间螺栓采用8.8级,可满足轨道梁支座处盾构管片抗剪承载力要求,且安全余量较大.     

曲线盾构隧道开挖面极限支护力研究

研究目的:曲线盾构隧道掘进施工存在巨大安全隐患,受盾构刀盘超挖、盾壳挤压内壁土体和千斤顶不对称推力等因素的影响,致使开挖面前方变形复杂,开挖面稳定性难以控制。基于筒仓理论,本文提出曲面梯度楔形棱柱体开挖面极限平衡模型,推导曲线盾构隧道开挖面极限支护力理论计算公式;进而以济南地铁R1线王府庄至大杨庄区间段曲线盾构隧道为工程背景,探究不同曲率半径下开挖面的变形分布特征,以期为曲线盾构隧道掘进开挖面稳定性提供科学的理论指导。研究结论:(1)曲线盾构隧道开挖面破坏呈现不对称分布,受开挖面偏心支护压力的影响,开挖面前方土体形成曲面梯度楔形棱柱体平衡模型;(2)随着曲率半径的减小,开挖面位移和极限支护压力先增大后减小,且支护压力非常规的按中心支护力进行计算,而是偏向于曲线外侧,其值大于直线盾构隧道;(3)极限支护压力随开挖面土体黏聚力、内摩擦角增大而增大,随两侧破裂角的差值增大先呈现增大趋势,当β132.3°后减小,最后趋于平缓;(4)本研究成果可为曲线盾构隧道施工开挖面稳定性及其支护提供理论指导和科学依据。     

新建盾构隧道施工对既有铁路路基的影响研究

结合武汉地铁区间盾构隧道下穿合武铁路工程,采用数值模拟计算的方法研究盾构施工过程中路基及地层的变形,分别从埋深、地层加固措施方面对铁路路基沉降的影响规律进行分析。研究结果表明:盾构掘进过程中,盾构开挖面距路基中心线约6 m时,既有路基就已产生明显的沉降,且先行隧道施工对路基产生的扰动尤为显著;路基沉降槽宽度随隧道埋深的增大而增大,沉降槽曲率及峰值逐渐减小,在此地层条件下,隧道埋深增大到一定程度后路基沉降仍超过了限定值;对隧道周围土体采取注浆加固措施能够有效控制地层的沉降,保证列车安全正常运行。     

北京地铁10号线草桥站至纪家庙站区间盾构隧道施工监测与分析

北京地铁10号线2期工程草桥站—纪家庙站区间属盾构法施工区间,该区间地下管线多,管径大,覆土深,内压大,水文地质、工程自身及周边环境风险极大。对盾构隧道施工过程中的地表、管线、建(构)筑物沉降监测数据进行分析,探讨了盾构施工过程沉降槽分布形式、沉降随时间发展规律及其影响范围和程度。结合实际监测数据分析了砂卵石地层盾构通过时地表沉降变形的特点,可供类似工程参考。     

盾构穿越邻近桥梁桩基的影响因素分析

当隧道在接近桥桩施工时,由于隧道土体的开挖导致地层扰动,致使桩基周围的土体产生附加应力,会对埋设在土体内的邻接桥梁桩基产生影响。桥梁桩基本身的一些参数,如桩基的长度、直径、布置方式等,也会对桥梁桩基产生影响。通过对某过江隧道建立盾构隧道数值模型,以隧道埋深、桩间距、桩基埋深和隧道穿越部分土体弹性模量四个影响因素为主要影响因素,对新建隧道地表沉降的影响和对既有桥桩的受力和变形进行了分析,总结并得出了影响规律。     

EPB/TBM双模盾构穿越既有敏感建筑物桩基的影响研究

隧道施工会引起地层偏移，从而对临近构建筑物产生不利影响。以福州滨海快线首占站-莲花山站区间岱岭隧道为研究对象，利用有限元软件建立三维数值模型，分析了临近既有建筑物的EPB/TBM双模盾构施工对桩基的影响；进一步系统探讨了桩基刚度、隧道埋深、双隧道掘进次序的影响规律。研究表明：桩基刚度越大，隧道开挖引起的邻近桩基弯矩响应就越大；邻近桩基的弯矩响应随着隧道纵轴所处的深度的增加而减小；双隧道不同开挖次序对邻近建筑物桩基影响可忽略。