大直径盾构隧道轨下结构设计方案比选研究

京张高铁清华园隧道为国内首次采用全预制轨下结构的盾构隧道。以该工程为背景,为得出适合大直径盾构隧道的轨下结构方案,选择轨下结构全现浇、中箱涵预制两侧现浇、全预制3个方案,通过论述分析和建立有限元模型计算,从工期、施工工序、对隧道结构的影响、结构受力和变形特征、施工环境和环保要求、工程造价等方面对方案优缺点进行分析、比选。研究结论:轨下结构全预制方案在工期、施工工效、施工质量、施工环境等方面具有明显优势;全预制轨下结构在受力和变形上能够满足高速铁路的运营要求;施工实践表明,全预制轨下结构有效解决了本工程工期短、距离长、要求高的工程难点问题。     

基于应力释放的大直径盾构隧道地表沉降分析

在城市环境及复杂地质条件下修建盾构隧道极易出现地面沉降塌陷,盾构隧道开挖引起的地表沉降分析与控制尤为重要。为了探究大直径盾构隧道地表沉降规律,以京张高铁清华园大直径盾构隧道为工程背景,基于应力释放及地层损失理论,首先运用有限差分软件建立二维模型,得到盾构掘进开挖的应力释放率;然后基于此建立三维数值模型,通过Peck公式反算得到清华园隧道盾构掘进引起的地层损失率,通过4种不同工况的模拟,对比分析不同掌子面释放系数、盾构机反力释放系数及脱空层模量缩放系数情况下的盾构隧道地表沉降规律,得到盾构施工现场导致的地层应力释放系数为0.12～0.14,相应的地层损失率为0.40%～0.47%;隧道轴线两侧20 m(1.6D)范围内为显著影响区,地表沉降主要发生在盾构通过这个阶段,约占总沉降量的50%。     

大直径盾构隧道施工对城市主干道路面沉降影响分析

京张高铁清华园隧道采用盾构法施工(外径为12.2 m),隧道连续穿越北京市区成府路、北四环路、知春路、北三环路及学院南路5条重要市政道路。采用数值计算及现场监测方法,依据下穿不同道路的盾构实际掘进参数分析各工序对道路沉降的影响。根据Peck公式计算沉降值并与实测路面沉降值进行对比分析,得到适用于穿越不同地层的K值。结果表明,隧道浅埋穿越道路的沉降值较小且后期注浆补偿效果好;北京地区砂卵石地层K值宜为0.3,黏性土地层K值宜为0.46~0.65。     

暗挖隧道近接上穿地铁盾构隧道的施工模拟

结合北京地铁10号线"国—双区间"盾构隧道受近接上穿地下过街通道施工影响的工程问题,针对盾构隧道周围地层的二重管无收缩WSS工法注浆加固措施,对整个动态施工过程进行了数值模拟分析,预测了地下通道的开挖卸荷引起下卧盾构隧道的变形情况,并评估了盾构隧道的安全性。通过计算分析,发现对近接盾构隧道周围地层采用WSS工法注浆加固能够有效地减小开挖卸荷引起的既有盾构隧道隆起变形和收敛变形,增大变形曲率半径,从而减小盾构管片的纵、横向的附加应力,对近接施工中的既有结构起到了保护作用。     

清华园隧道大直径泥水盾构始发控制掘进分析

清华园隧道某区间采用泥水盾构穿越粉质黏土及砂卵石地层,是全线典型质构法施工隧道。总结清华园隧道盾构始发的经验,对其掘进参数及反力架等工程构件布置进行研究,并采用有限元软件对反力架进行静强度分析计算。研究表明：(1)盾构机在粉质黏土及砂卵石地层中掘进时,反力架最大应力为270 MPa,最大静挠度为7.77 mm;(2)掘削量大小与泥水密度、黏度和切口水压等数值相关;(3)反力架上的应力分布在钢管支撑处最高,竖梁次之,横梁最小。     

地下通道上穿既有地铁盾构隧道的数值分析

针对地下过街通道上穿地铁盾构区间隧道所设计采用的WSS法注浆加固措施，通过对整个施工过程进行模拟研究，预测分析由于CBD通道的施工扰动，使盾构区间隧道产生的位移变形情况，评估由于地下通道的开挖对地铁10号线国贸站-双井站区间盾构结构的影响，以及WSS工法在地下工程近接施工中的加固效果．     

大直径盾构隧道全预制结构拼装技术实践

京张高铁清华园隧道是国内首座全预制拼装铁路盾构隧道,包括管片衬砌、轨下箱涵结构及附属结构均实现了工厂化预制,机械化拼装工艺。轨下结构全预制拼装工艺不但加快了施工进度,节约工期,免了大量植筋,提高结构了耐久性,而且还大幅度改善了施工作业环境。介绍轨下全预制结构的设计及施工技术创新应用,通过对现场的拼装错缝统计,分析得出箱涵拼装机无预紧功能,预制件间无螺栓连接、密封材料及施工精度低等因素是产生拼装误差的直接原因。提出采用微膨胀525快硬型硫铝酸盐水泥浆填充预制结构缝隙的改进措施,并采用数值模拟计算分析该方案可靠性与稳定性,结果表明:注浆填充施工误差缝隙后,结构的稳定性及长期运营的安全性均显著提高。     

京张高铁清华园隧道复合地层盾构机械配置研究

依据清华园隧道盾构区间的隧道参数和工程地质条件,分析盾构机刀盘和刀具对卵石土、砂、粉质黏土互层的适应性。从地层渗透系数、颗粒级配、地下水压、周边环境影响、隧道规模等方面进行综合考虑,选取泥水平衡盾构作为最终选型。考虑到刀盘跨度较大和中途换刀对盾构稳定性的影响,结合渣土特性和既有工程经验,决定采用辐条面板式刀盘,并确定了开口率和开口尺寸;此外,还给出了以切削型为主且可常压更换的刀具配置方案。最后简要介绍了常压换刀的技术流程和泥水环流系统的设计方案,总结了卵石土、砂、粉质黏土互层的盾构机械配置方案。     

盾构隧道管片施工力学性能三维数值模拟研究

研究目的:施工阶段的管片外部荷载系统和力学性能与正常使用阶段相比均表现出较大差异,大量工程经验表明,管片在施工阶段破损的概率要远远高于正常使用阶段。本文通过建立考虑环、纵向接头不连续性的三维盾构隧道有限元模型,针对注浆压力、千斤顶推力以及拼装方式三个施工要素进行研究,拟为盾构施工提供合理的意见。研究结论:分析结果表明,在施工阶段,由于管片外部荷载沿隧道纵向有差异且接头存在非连续性,管片的力学性能沿隧道纵向存在较大差异,各环变形特征也不尽相同,与传统均值连续模型相比亦存在较大差异,注浆压力、千斤顶推力对施工阶段管片力学性能有较大影响,管片在错缝、通缝拼装条件下表现的力学性能存在较大差异,综合来看,错缝拼装结构相比通缝拼装具有更好的结构整体刚度。     

北京地铁8号线交叠盾构隧道相互影响分析

以北京地铁8号线二期工程什刹海站—南锣鼓巷站区间盾构交叠段工程为背景,采用FLAC3D数值分析方法,在确定了合理的地层损失率基础下,充分考虑了盾构管片、分步开挖等因素影响,分析预测后建盾构隧道重叠施工对下方已建隧道的纵向和横向变形的影响。     

既有铁路下软弱地层盾构隧道施工加固方案

以上海轨道交通9号线R413项目盾构隧道下穿沪杭铁路线施工方案为背景,运用有限元数值模拟,就注浆和不注浆加固两种方案,分析了盾构法施工对地表变形造成的影响,提出合理的施工方案。     

新八达岭隧道下穿青龙桥车站变形控制技术

依托京张高铁新八达岭隧道下穿既有京张铁路青龙桥车站工程,为控制下穿过程中青龙桥车站的沉降变形,采用Midas GTS NX数值模拟软件,模拟隧道下穿车站的施工全过程,得到既有车站路基变形的沉降曲线。研究发现路基最大沉降发生在新建隧道拱顶上方,路基累计最大沉降16.017 mm,建议在隧道施工过程中通过控制循环进尺和施工速度来控制路基的沉降量,并及时补充道砟,恢复轨道沉降变形,从而控制轨道的沉降。提出洞内■159 mm超前大管棚注浆加固、洞外地表垂直袖阀管注浆加固和3-5-3扣轨加固的变形控制技术,为下穿工程控制沉降变形提供经验借鉴。     

盾构下穿车站铁路轨道群施工技术

以沈阳市地铁一号线云沈区间土压平衡盾构下穿铁路轨道群工程为例,对施工中采取的技术措施进行了论述,着重介绍了盾构机掘进控制措施和地表沉降控制措施,可为类似工程的施工提供经验。     

盾构隧道下穿铁路箱涵结构变形特征分析

文章应用三维有限元法,分析盾构隧道下穿引起的既有铁路路基及箱涵结构变形,结果表明,铁路路基沉降规律大致符合Peck曲线,但由于箱涵结构的存在,沉降曲线左右不对称;箱涵最大竖向变形2.4 mm,路基最大竖向沉降3.95 mm。     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。     

明洞隧道衬砌环向非受力裂缝分析及控制技术

目前国内对明洞隧道拱墙衬砌浇筑过程中出现的环向裂缝研究较少,该类裂缝由于是非受外力作用产生,没有引起足够的重视,但该类裂缝会引起隧道渗水、甚至影响结构耐久性。为了解决明洞隧道拱墙衬砌环向裂缝问题,依托京张高铁东花园明洞隧道工程实例,对明洞隧道衬砌环向非受力裂缝宽度影响因素进行了深化研究,通过对环境温度、配筋率、每版衬砌长度、底边墙的约束度等不同工况进行理论分析,提出明洞隧道衬砌混凝土非受力裂缝关键影响因素,并对裂缝的宽度和长度进行理论量化计算,提出该类裂缝控制关键技术,研究结果可为其他类似的明洞隧道衬砌设计、施工提供借鉴和参考。