双线盾构隧道下穿高速公路路基沉降影响研究

双线盾构隧道施工会对高速公路路基造成较大影响,若控制不当会造成路基沉陷甚至坍塌,因此需要研究施工过程中及施工后路基沉降的分布特性与控制方法.文中结合某双线盾构隧道下穿高速公路路基的典型案例,采用数值模拟的方法研究路基沉降的分布特性.结果表明,路基沉降在双线盾构隧道施工完成后仍处于中心对称状态,最大路基沉降出现在双线盾构...     

重载铁路泥岩路基沉降数值分析

以内蒙古鄂尔多斯铁路工程为例,使用有限元分析方法建立了DK16+559断面的分析模型。计算模拟出列车以一定的速度移动过程中产生的竖向动荷载,将模拟出的列车荷载施加在路基路面上,得到路基沉降分布。结果表明:列车行驶速度在60 km/h时,路基最大沉降量为4.74×10-3 m,发生在路基表面,沉降沿竖向和水平方向逐渐减小,在深度为7.5 m处沉降趋于零;在相同行驶速度下,沉降随着深度的增加逐渐减小;随着列车行驶速度的逐渐增大,路基土体沉降的均值基本没有增大,但是变化幅值越来越大。     

地铁列车振动荷载引起的隧道动力响应分析

已开通运营地铁工程长期承受地铁列车振动荷载的影响,会造成地表不均匀沉降,管片结构附加应力增大,地表振动频率过大易出现城市环境振动污染,影响居民正常生活。以某运营城际铁路为工程依托,采用人工数定激振力函数模拟地铁列车振动荷载,建立了地铁列车振动荷载下隧道动力响应分析模型,对隧道管片结构弯矩及上部地层竖向位移进行监测分析,将地表竖向位移振动加速度换算为等效声级,结合城市环境振动标准,可知列车行驶过程中,地表振动环境污染符合城市环境振动标准规定的限值。     

黏性场地列车荷载影响下衬砌半渗透边界盾构隧道诱发地表固结沉降解

列车荷载作用下衬砌长期渗漏会显著影响软土盾构隧道周围土体的固结沉降，对邻近环境和地铁的安全运营造成不良影响。针对盾构隧道周围土体固结沉降的既有理论研究一般多考虑衬砌不透水条件，较少考虑衬砌渗漏水及列车荷载耦合作用对于地层固结沉降的影响。引入隧道衬砌半渗透边界和列车三角形循环时效荷载，基于Terzaghi-Rendulic固结理论，采用Boltzmann三元件模型模拟土体流变效应，推导了列车荷载作用下黏弹性地层盾构隧道渗漏水诱发的土体超孔隙水压力消散和地表固结沉降的复变函数解析表达式，并与6个工程实测数据进行对比，验证了所给出解析解的正确性与适用性。此外，通过参数分析讨论了衬砌-土体渗透比和列车荷载参数对土体固结沉降的影响。结果表明：衬砌-土体渗透比是影响盾构扰动地层固结快慢的主要影响因素，衬砌-土体渗透比越大，固结完成时间越早；列车荷载作用下，早期固结沉降速率相较于不考虑列车荷载时会有较明显的增加，但在列车荷载当量增加后，固结沉降速率的增长有所放缓，且其增量与衬砌-土体渗透比密切相关，衬砌-土体渗透比越大，沉降增加量则越大；隧道衬砌可以视为扰动地层的排水边界，其加速了土体固结沉降，而列车荷载与衬砌半渗透性耦合，进一步改变了土体固结沉降形态。     

砂卵石地层双线地铁盾构下穿铁路路基变形及地层注浆加固研究

针对砂卵石地层盾构下穿铁路路基工程,通过FLAC3D数值模拟,结合现场监测数据分析,对路基的变形规律进行研究,基于钢花管地层注浆实践,证明地层注浆加固对控制路基沉降的有效性。主要结论如下:1)列车运行速度越大、盾构埋深越小,路基沉降越大,但列车速度对路基沉降的影响远小于埋深。2)成都砂卵石地层地铁双线盾构常规净距(约7m)下穿铁路路基时,路基沉降与埋深、列车速度的近似关系为S=-26.54+0.85z-0.01v;由于盾构先后2次施工扰动,路基出现2次位移突降,位移沉降曲线呈台阶状,且二次扰动的地层反应灵敏度快于首次,施工过程应警惕二次扰动造成的位移超标。3)钢花管地层注浆作为一种可操作性强的地层加固方式,在成都砂卵石地区具有良好的加固效果,工程采用"跳孔、分段、多次、中低压"的钢花管注浆方式,路基沉降由11mm以上降低到7mm,保障了施工的顺利进行。     

双孔隧道中后掘进盾构对地表沉降的影响

受地下空间限制,城市地铁双线隧道间净距较小,后掘进盾构隧道施工将引发地层二次扰动,导致额外地层变形,对临近构筑物安全威胁尤甚。当前研究主要基于地表横向沉降曲线研究双线隧道掘进引起地表的沉降规律和地层扰动特点,但地表横向沉降曲线不能全面反映前、后掘进盾构隧道施工引起的地表沉降发展过程及规律。以杭州地铁某区间双线盾构隧道地表沉降长期监测数据为依托,采用地表沉降时程曲线和地表横向沉降曲线相结合的方法,分析双线盾构隧道前、后掘进引起的地表沉降规律。研究表明,后掘进隧道引起的土体损失率在0.6%～0.8%之间,地表最大沉降量在15.2～20.7 mm之间,均大于先行隧道引起的土体损失率和地表最大沉降量;由于后掘进盾构对地层的二次扰动,导致最终地表沉降槽曲线并不严格关于双线隧道轴线中点对称分布,地表沉降最大值略微偏向后掘进隧道轴线。通过地表沉降时程曲线发现,先行盾构通过监测断面后,地表沉降迅速发展,主要沉降范围在隧道轴线6 m范围内;由于先行盾构隧道掘进扰动,在后掘进盾构到达前2天(约3倍盾构直径距离)地表开始发生明显的沉降;在后掘进盾构施工影响下,所引起其轴线处地表沉降量大于先行掘进盾构所对应的轴线处沉降值。     

盾构隧道施工对既有铁路轨道与排洪涵管影响的数值分析

以福州地铁l号线的罗汉山站—福州火车站区间段盾构隧道工程为依托,采用有限元程序MIDAS,对近距离双线平行盾构掘进过程进行动态模拟,揭示盾构新隧道施工对既有铁路轨道和排洪涵管沉降产生的影响,得到了铁路轨道和涵管沉降曲线。计算结果表明,列车数量、隧道注浆程度、地层损失率等因素对铁路轨道和排洪涵管沉降有较大影响。     

宁波滨海软土地铁盾构隧道地表沉降效应与数值模拟研究

从宁波地铁1号,2号线现场实测数据的peck、Sagaseta公式及其公式修正的角度出发,揭示了滨海软土地铁单线和双线隧道盾构法施工地表横向沉降槽的形状、最大沉降量及其影响范围,分析了地表测点纵向累计沉降量与盾构推进距离之间的关系。结果表明:以修正的peck和Sagaseta公式拟合曲线的相关系数和拟合精度均有提高。通过ANSYS软件模拟了宁波滨海软土地铁单线和双线隧道盾构法施工地表横向和纵向沉降规律,并与实测数据结果进行了对比分析,模拟值大于实测值,模拟结果偏于保守。     

连云港软土地区路面分期建设中二次路面铺设时间研究

针对连云港深厚滨海相软土地区的路面分期工程,为确定合理的二次路面铺筑时间,设置时间跨度为15年,考虑不同路堤高度,采用GeoStudio有限元软件模拟路基荷载与交通荷载作用下地基沉降变形特性,分析路基高度对沉降历时的影响。结果表明,路基荷载引起的沉降随路基高度的增加而增加,交通荷载引起的沉降随路基高度的增加而减小;对于低路堤,开放交通后交通荷载引起的沉降在总沉降中始终占主导地位;考虑路基和交通荷载综合作用的沉降历时、连云港地区二期路面实施的控制标准,对于一般路段,二次路面铺装的合适时间在开放交通后第3年。     

地铁隧道长距离下穿高速公路施工扰动影响及控制技术研究

以某地铁双线盾构隧道下穿高速公路路基工程为研究背景,基于FLAC~(3D)软件建立下穿隧道三维有限差分计算模型,研究盾构隧道长距离下穿高速公路路基段施工对路基的扰动影响规律,并分析袖阀管注浆加固对路基变形的控制效果,得到合理的加固参数,基于现场实测数据分析了加固措施的有效性,研究结果表明:双洞隧道施工过程中路基最大沉降会由先行洞侧逐渐往后行洞侧隧道上方偏移,最大沉降值远超规范允许值,需采取有效路基保护措施;注浆加固对减小路基沉降效果较为明显,增大路基加固厚度对于控制路基沉降存在"极限值",当加固厚度超过极限值时继续增大加固厚度对路基沉降减小作用不明显,加固厚度10m为加固"极限值";隧道施工完成时路基沉降约14.55 mm,路基沉降在安全可控范围内。     

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。     

路基路面结构的动力特性试验研究

路面路基结构的沉降变形主要来自地基路堤土层的固结压密沉降和交通荷载反复作用下路面路基各结构层的累积残余变形。文章论述了路面路基结构在车辆荷载作用下的动力特性试验研究,通过比较水的浸入和压实密度降低两种因数对路面路基结构应力和变形特性的影响程度可发现,水的浸入对路面路基结构应力和变形的影响要大于压实密度降低对路面路基结构的影响。水的浸入和碾压质量不高是造成路面早期破坏的因数之一。     

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。     

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期（东延）工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明： 1）在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2）土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3）与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4）列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。     

公路隧道下穿铁路路基的沉降行为研究

对公路隧道下穿铁路路基拓宽改造后新老路基的沉降行为和路面结构变形机制进行了研究。结果表明,公路隧道下穿铁路路基拓宽改造后的路径不同区域的路基沉降在位移达到16～20 cm时基本趋于稳定,柔性位移计监测得到的土工格栅位移伸缩量(约2 mm)远小于破坏极限值;加土工格栅对路基路面沉降效果影响较小,但是可以对基层的附加应变起到抑制作用,从而缓解差异沉降。无论是上面层、中面层还是下面层,无荷载、静荷载、动荷载和卸载后的应变都随着距离旧路基中心线距离的增加而先增加至峰值而后逐渐减小,且应变峰值都未出现在新旧路基连接处,而是在距离路基连接处约1 m位置。     

同水平面地铁隧道与既有人防隧道相交段施工影响分析

哈尔滨市轨道交通1号线地铁隧道与既有人防隧道位置冲突,地铁隧道在同一水平面垂直穿越既有人防隧道时存在安全隐患。结合工程实际,对相交段隧道土体变形情况进行数值模拟。与单线地铁隧道开挖相比,相交段的地表及拱顶沉降均有所增大。由于相交段施工,其受影响的土体区域远大于隧道直径。通过既有人防隧道预加固处理,模拟结果与施工监测数据均显示地层变形得到了有效控制,保证了安全。     

砂卵石地层地下水对盾构隧道影响的离散元流固耦合分析

为探明砂卵石地层中地下水对盾构隧道衬砌上的土压力以及地层变形的影响,以成都地铁2号线为依托,采用颗粒流方法,从细观角度模拟分析地下水对盾构隧道衬砌荷载分布以及地层扰动的规律,研究盾构隧道动态施工过程中及后期稳定后的水、土压力分布。研究表明： 考虑地下水工况时的衬砌荷载小于不考虑地下水的工况,开挖后地下水位越高,衬砌荷载越小;地下水分布影响隧道开挖后洞周应力重分布,拱顶处受到的影响最大,拱肩处受到的影响最小;盾构隧道开挖后,拱顶上方存在一定范围的松动区,在松动区上方一定范围形成坍落拱,起到承载作用,同时将上方土荷载有效地传递到洞周两侧。考虑地下水时,由于有效应力减小,地层变形相应减小,地层受盾构施工扰动的影响减弱。     

隧道下穿高速公路施工引起的道路变形分析

隧道下穿高速公路或铁路是隧道建设中的技术难点之一,因设计或施工不当引起的路面变形甚至坍塌,将会导致巨大的经济损失和不良的社会影响。文中以杭州市第二水源千岛湖配水工程为背景,结合隧道在不中断路面交通情况下穿越S305省道的工程特点,采用有限元软件PLAXIS 3D对该标段的开挖进行数值模拟,研究隧道下穿高速公路施工引起的围岩、路面变形机理。通过对开挖过程中不同交通荷载工况下的地层扰动情况进行对比分析,得出交通荷载-地层变形的关系,并进一步探究一般交通荷载工况下的地层变形规律。利用建立的有限元模型对不同的支护方案进行计算分析,对比加固效果,优化支护参数,确定施工工艺,并与施工期间的现场监测值对比,发现结果基本接近。研究表明:随着交通荷载的增大,路面最大沉降和拱顶最大沉降均呈先缓慢增长,后快速增长的趋势;粉砂岩地层采用全断面开挖的施工方法以及自进注浆锚杆和注浆小导管超前支护相结合的加固方式,在有效控制沉降变形的同时,还能加快施工进度,可供类似工程借鉴。     

西安地铁双线平行盾构隧道净距优化

为了探究双线平行盾构下穿古建筑时的合理净距取值,依托西安地铁4号线区间双线盾构下穿和平门城墙及护城河工程,通过建立三维弹塑性模型,对双线隧道在不同净距工况下地表沉降、围岩塑性应变及管片变形等规律进行分析。结果表明:双线盾构机械施工通过后,右线隧道轴线的地表沉降值大于左线隧道轴线地表沉降值;随着净距的增加,沉降槽宽度逐渐加宽,而地表沉降最大值有明显减小;管片位移整体受净距影响较小。研究成果可为黄土地区双线地铁隧道的净距优化提供理论参考。     

全风化花岗岩路基路面结构动力特性模型试验研究

路基路面结构受交通动荷载重复作用,表现出疲劳特性,并会产生不可恢复的残余塑性变形。通过3组室内大比例模型试验,研究了全风化花岗岩、全风化花岗岩水泥稳定土和土工格室加强等不同路基结构形式的路基路面结构受交通动荷载作用的动力特性,分析了路基路面结构动应力应变分布规律,得到路基路面结构动应力、应变和永久变形随车辆荷载大小、车辆荷载通过量(对应加载次数)、运行速度的变化规律,试验论证了全风化花岗岩及其水泥稳定土和土工格室加强作为高速公路路基填料的可行性和适用范围,评价了路基处理的效果,确定了路基质量控制标准,对高速公路的设计与施工具有指导意义。