软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

区间隧道长距离密贴下穿既有车站变形特征分析

既有结构在隧道长距离密贴下穿过程中极易受到扰动而产生较大沉降,为分析既有结构的安全性,依托北京地铁19号线区间隧道零距离下穿既有4号线新宫站工程,将数值模拟与现场监测相结合,研究既有结构在施工全过程中的沉降变形特征。结论表明:(1)对地层进行全断面深孔注浆加固可有效控制既有结构沉降;(2)下穿段区间隧道二衬施作引起既有结构沉降最大,施工全过程中既有车站沉降小于3 mm的限值;(3)两侧疏散口沉降集中发生在既有站两侧隧道施工过程中,施工全过程中既有疏散口沉降小于3 mm的限值。     

富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有管线变形影响规律分析

以南宁轨道交通2号线某区间盾构双线隧道先后通过与隧道间距不同的管线为工程背景,通过FLAC软件数值计算和现场监测相结合的方法研究了富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有临近管线变形的影响规律。结果表明:随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;管线最大沉降量出现在左线隧道中线上方;盾构刀盘通过2倍盾构外径范围后,管线沉降逐渐趋于稳定;管线沉降曲线受右线隧道开挖影响不再符合高斯曲线,同时管线最大拉应力呈增加趋势,而最大压应力呈减小趋势。研究结果可为类似工况下地铁盾构隧道的安全施工提供参考。     

地铁盾构施工下穿既有明挖隧道模型试验研究

为探究盾构下穿施工对既有隧道结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市地铁5号线下穿6线隧道为工程背景,基于几何相似比配制地层和结构模型试验材料,并设计试验监测系统。采用直径1 200 mm小型盾构机,试验模拟盾构隧道以不同深度垂直下穿既有6线隧道的施工过程,并分析下穿过程中既有6线隧道和地层土体的沉降变形规律。结果表明：随着既有隧道底部地层距盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为1.5倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道拱顶距离分别为1倍洞径和1.5倍洞径时沉降最大差值为31.25%;6线隧道结构与其下方地层产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于80%。     

隧道近接施工对上部既有重载铁路隧道安全稳定性影响研究

基于京张高速铁路草帽山隧道下穿唐呼铁路北草帽山隧道工程,探究不同施工方法、不同夹层厚度、不同列车轴重对既有隧道衬砌结构沉降变形、振动加速度和振动速度的影响规律,并结合现场实际监控量测数据进行对比分析。研究结果表明:重载列车激励荷载作用下,下穿隧道采用三台阶法开挖时引起既有隧道的沉降值和振动响应均较小;新建隧道下穿既有重载铁路隧道的最小安全距离约为1.0B,且随着掌子面的不断向前推进,既有隧道沉降值、振动响应幅值均逐渐增大;掌子面距交叉点约30 m范围内,既有隧道沉降值和振动响应受下穿隧道施工影响较大;既有隧道衬砌结构边墙处y方向振动速度最大,z方向次之,x方向振动速度最小;随着列车轴重的增加,振动加速度幅值明显增大。     

盾构下穿高速铁路路基与隧道的变形传递机理及特征研究

以5个盾构隧道下穿既有高速铁路隧道或路基工程为依托,通过对既有结构沉降数值模拟计算,研究得到了既有高速铁路工程结构在盾构下穿过程中的变形和传递规律;通过已完工的3个工程案例的结构及轨道现场变形监测数据与理论计算结果对比,验证了模型准确性。研究结果表明：（1）隧道刚度越大,相同条件下轨道与结构的差异变形就越小,盾构隧道与路基U形槽的钢轨差异变形较明挖法隧道增大约25%,最大的差异变形均发生在隧道结构与无砟轨道支承层之间,总差异沉降占比约为60%～85%,而采用碎石道床的计算路基沉降与轨道道床沉降基本一致;（2）不同地层条件对隧道-轨道的变形传导规律无明显影响;（3）在相同结构变形条件下,Ⅱ型板式无砟轨道的轨道变形小于Ⅲ型板式无砟轨道,2种无砟轨道变形传递主要发生在底座板与中间层之间。通过对以上工程的分析以及规律的研究,可为类似盾构下穿高速铁路路基与隧道工程的工前预测准备提供借鉴。     

四线隧道密贴下穿既有车站施工参数优化分析

为确保既有结构在隧道下穿施工中的安全,以北京地铁19号线四线隧道密贴下穿既有4号线新宫站工程为背景,通过现场监测和数值模拟,分析既有结构在不同导洞开挖顺序、开挖进尺、掌子面错距、临时支护拆除长度等工况下的沉降变形特征。研究结果表明:(1)导洞开挖顺序为"先上后下、先边后中"引起的既有结构沉降变形最小;(2)其他条件一定时,既有结构沉降随着开挖进尺的增大而增大,本项目开挖进尺取2 m为宜;(3)其他条件一定时,既有结构沉降随着掌子面错距的增大而减小并最终趋于稳定,本项目掌子面错距取6 m为宜;(4)其他条件一定时,既有结构沉降随着临时支护单次拆除长度的增大而增大,本项目临时支护单次拆除长度取6 m为宜;(5)既有站东西两侧布设围护桩可以有效控制既有结构沉降。     

管线渗水条件下隧道施工诱发地层变位研究

研究目的:管线渗漏水是诱发地铁隧道施工风险的重要原因之一。目前,关于在渗漏水条件下隧道开挖引起的地层变位研究相对较少。基于此,本文对管线渗漏水条件下砂土地区隧道施工引起的地层变位进行室内模型试验,研究不同渗漏水范围条件下隧道开挖引起土体损失产生的地层变位规律。研究结论:(1)渗漏水范围会显著影响地层沉降量,随管线渗漏水量的增加,地层变位表现为先减小后增大的趋势,地表最大沉降值整体呈二次函数形式增长;(2)随着隧道开挖面的推进,沿地层深度各点的位移时程曲线沉降速度均逐渐增加,并随着开挖面的远离,沉降速度逐渐减小,当达到2D(2倍洞径)后基本趋于稳定,但与无渗漏水时沿地层深度各点的位移时程曲线最大沉降速度出现在监测断面正下方不同,当出现大范围渗漏时,曲线的最大沉降速度出现在监测断面前方0.75D处,即含水土体与干砂交界面处;(3)根据试验结果,修正了渗漏水条件下隧道开挖诱发地层变位的沉降槽宽度系数计算公式,并建立了任意深度处地层损失的计算方法,可为实际工程提供理论支持。     

下穿砂土地层掌子面盾构推力大小的极限分析

研究目的:确定掌子面推力大小是保障周边土体稳定的重要前提,在下穿既有隧道工程中更为关键。基于极限平衡法和筒仓理论,考虑既有隧道的荷载作用,推导砂土地层中下穿既有隧道工况下掌子面盾构推力计算公式,通过数值模拟和实际工程验证公式的正确性。在此基础上讨论考虑既有线和不考虑既有线两种计算方式的适用性,最后分析土体内摩擦角、两线距离及覆土厚度等参数对掌子面极限推力的影响。研究结论:(1)筒仓理论适用于下穿既有线工程掌子面极限推力计算,推导所得公式计算结果更精确;(2)砂土地层中盾构下穿既有隧道时,掌子面盾构极限推力随着与既有隧道间距、覆土厚度增加而增大,随着土体内摩擦角增大而减小;(3)本研究成果为新建隧道盾构安全下穿既有隧道工程提供理论参考。     

富水圆砾地层盾构隧道施工对地表及建筑物影响分析

以在富水圆砾地层的盾构双线隧道先后通过邻近建筑物为研究背景,通过现场监测和数值计算方法,对双线隧道施工引起地表及既有建筑物变形规律进行研究。研究结果表明,随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;地表最大沉降量出现在先行隧道中线上方;刀盘通过地表中心断面后,地表及建筑物沉降逐渐趋于稳定;当偏离比在一定范围内,随着建筑物与隧道间距减小时,建筑受到的影响逐渐增大。     

高压电缆下穿轨道交通地面线变形监测

研究目的:大直径管线下穿既有轨道交通地面线为重大风险工程,为保证工程顺利施工和既有线路安全运营,应进行严格的变形监测。本文阐述管线下穿对既有地面线路基、轨道的变形影响及监测,为类似地面线下穿工程提供借鉴。研究结论:受施工影响,既有地面线路基变形基本经历了下穿明显沉降、工后显著沉降、沉降趋缓、沉降稳定的过程,路基沉降量较大,轨道轨顶沉降相应增加,应进行必要的调轨抬升;轨道几何形位变形和线路钢轨位移均较小,未超过控制值;受下穿侧土体扰动和地下水位季节性变化的影响,上地桥出现接近施工侧结构上浮现象,桥与路基间差异沉降增大,类似工程应注意回填土和地下水对桥体的异常影响。     

隧道盾构施工对邻近管线群位移影响的模型试验研究

隧道盾构施工会对邻近管线造成不利影响,但目前对管线位移的研究多集中在单一管线方面,考虑管线之间影响的研究较少。针对这一问题,开展砂土地层盾构施工对邻近管线群影响的室内模型试验,研究隧道盾构垂直下穿多条既有管线时对管线竖向沉降的影响。研究结果表明:当单一管线垂直于隧道开挖方向时,管线最大沉降发生在隧道正上方位置,沉降曲线形态关于隧道轴线呈对称分布,且符合Gauss曲线特征;当隧道垂直下穿双管线时,管线产生的竖向沉降曲线形态与单一管线基本一致,但管线最大沉降值较单一管线明显减小。通过对试验结果的归一化分析,提出管线间距对最大沉降影响的计算公式。     

昔格达地层大断面隧道下穿既有建筑施工技术研究

昔格达地层是分布于我国攀西地区的一种特殊半成岩,具有孔隙比大、粘结力差、水稳性差等特点。本文以米攀铁路攀枝花段冉家湾隧道为工程依托,以严格控制地层及地面建筑物的沉降和变形为目的,对昔格达地层隧道下穿既有建筑物施工技术展开研究。结果表明,昔格达地层大断面铁路隧道采用大管棚超前支护和三台阶七步开挖法可安全下穿既有建筑物,沉降最大值为84.19 mm;增大锁脚锚杆支护参数、保证注浆质量,可以更好地控制地表建筑物沉降。     

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。     

穿越施工中管线与土层共同变形规律分析

研究目的:为了解穿越工程中管线与土层的共同变形规律,建立管-土相互作用三维有限元模型,分析土体及管线刚度、新建隧道直径、管线与隧道净距对管线沉降和内力的影响。研究管线沉降和弯矩随管土刚度系数K的变化规律,提出柔性管线、弹性管线和刚性管线的管土刚度系数K判定值,给出管线最大弯矩和最大沉降的简便计算公式。进行室内离心模型试验及现场实测,将管线监测数据与数值模拟进行对比研究。研究结论:(1)管线沉降和弯矩均随管土刚度系数K的增大而减小;(2)当K<0.1时,管线为柔性管线,管线与土层能够协同变形不产生脱空,此情况下可把土层沉降当作管线沉降来计算管线内力;(3)当K>100时,管线为刚性管线,管线很容易与土层产生脱空,可采用土层反力作为荷载来计算管线内力;(4)当0.1≤K≤100时,管线为弹性管线,可能与土层产生脱空,宜通过考虑管土分离的有限元模型进行其受力分析;(5)本研究成果可为隧道施工中既有管线的安全评价提供理论依据。     

砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制技术研究

为研究砂土地层中盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制措施,以西安地铁盾构区间隧道下穿地铁1号线出入段工程为依托,通过资料调研、数值模拟、现场试验和监控测量等方法,对既有隧道加固措施、盾构对地层适应性、掘进参数、隧道变形进行研究。结果表明:砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道,应对盾构进行专门设计,扩大刀盘开口率,配备专门的膨润土拌制和膨化系统,并避免在下穿影响范围内停机;数值计算和试掘进试验结果,盾构施工参数土仓压力为0.1 MPa,注浆压力为0.22 MPa,推力为10 000 kN,出土量为51 m^3/环,注浆量5~6 m^3/环;通过现场监测,盾构下穿过程中,既有地铁隧道轨道最大沉降及高差分别为6 mm和0.8 mm,符合规范要求,确保了地铁的安全运营,变形控制措施对既有地铁隧道作用十分显著。     

软土地层盾构隧道长期沉降规律及预测研究

研究目的:模型试验是研究隧道工程问题的一个重要手段,为分析软土地层隧道长期沉降的主要原因,本文以宁波地铁1号线一期工程为研究背景,在考虑其地质及工程条件的同时,采用离心模型试验模拟淤泥质黏土和砂土的长期沉降,同时考虑隧道下卧层土层含水率变化、盾构管片不渗漏水和渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响。研究结论:(1)盾构隧道下卧层含水率对工后地层沉降影响很大,土层含水量不同,隧道的长期变形可表现为上浮或下沉;(2)处于淤泥质黏土层中的隧道后续沉降不易稳定,砂土有漏水时,隧道的长期变形主要表现为沉降,且沉降稳定的时间较快;(3)利用对数曲线模型推求的沉降预测值与离心模型试验所得的工后沉降值进行对比,两者沉降值基本一致,对数曲线预测模型可为实际工程建设提供技术参考。     

岩溶区隧道下穿居民聚居区沉降变形规律研究

为研究岩溶区隧道下穿居民聚集区的沉降变形规律,采用数值模拟方法,分析了下穿隧道施工效应产生的地层变形对建筑物的影响。结果表明:(1)隧道下穿施工时地层产生了向居民聚集区中心方向的位移,且下穿居民聚集区时地表水平位移影响范围相比无居民区增大25%,但水平位移峰值相比无居民区时减小15.8%;(2)隧道下穿施工造成完全处于隧道正上方的建筑主要发生整体沉降,倾斜率较小,而处于隧道边界线上的建筑物沉降值较小,但倾斜率较大,此外建筑物倾斜率并非随施工一直单调增加,而是处于动态变化之中;(3)隧道下穿施工时处于隧道正上方建筑物基础与地表交界处易发生剪切破坏,应采取注浆加固和超前地质预报等综合措施。研究成果可为今后隧道下穿建筑群的设计和施工提供参考。     

南京富水松软地层新建盾构隧道穿越引起的既有隧道工程安全等级划分

为定量评估既有地铁盾构隧道受穿越施工扰动后的结构安全状态与服役性能，采用MIDAS软件建立了新建盾构隧道穿越既有盾构隧道的三维数值模型。通过调整隧道间的竖向净距，对南京地区以富水砂层、软土层为主的松软地层条件下的盾构隧道穿越施工引起的既有隧道的竖向位移响应进行了定量研究，并根据隧道的力学衰减特性分析了既有隧道的安全等级。结果表明：盾构隧道下穿、上跨施工引起沿既有隧道纵向土体的沉降曲线分别呈“W”型、“M”型，相同地层条件下上跨施工引起的既有隧道变形的绝对值比下穿施工小；南京富水砂层、软土层新建隧道穿越引起既有隧道沉降半槽范围分别约为3.5倍与5.0倍隧道外径；结合既有隧道力学性能衰退特征，以隧道纵向差异变形量作为指标将盾构隧道穿越工程划分为微弱影响、一般影响、显著影响、强烈影响等四类；根据数值模拟和历史变形数据，预测了南京地区3个典型的盾构隧道穿越工程施工完成后既有盾构隧道的竖向差异变形量，据此计算了相应的影响等级及其同等级下的竖向变形余量。     

盾构下穿施工对既有隧道影响的数值模拟分析

针对某盾构隧道下穿既有地铁暗挖隧道的施工力学行为进行了三维有限元数值模拟分析。研究结果表明:在盾构推进至距既有隧道边缘3 m前,隧道会发生隆起,且在此位置时隆起量最大,之后开始沉降,在盾构将要穿出既有隧道时,沉降增量最大;隆起量随盾构推力和既有隧道刚度增大而增大,而沉降量与之相反;盾构下穿时,既有隧道结构横截面上会产生扭转,扭转角的大小随盾构推力增大而增大,随既有隧道刚度增大而减小。为确保下穿过程上方隧道的结构安全和列车的正常运行,在距既有隧道边缘3 m时采取措施控制盾构推力和提高既有隧道周围土体的强度非常有效。