左右线盾构超越施工影响下的土体变形规律研究

以武汉地铁3号线区间隧道工程为背景,针对右线盾构超越左线盾构施工这一工程实际,通过数值模拟与现场监测相结合的方法,研究施工过程中地表横向、纵向沉降变化以及深层土体的横向水平位移变化。研究结果表明:地表沉降与沉降槽宽度在右线盾构通过后明显增大;纵向地表在右线盾构通过前先小幅沉降,右线盾构通过后迅速沉降,当右线盾构离开监测断面40 m后沉降趋于稳定;不同深度土体的横向水平位移也不相同,最大位移发生在隧道埋深一半左右。因此,盾构超越施工对先建隧道的影响非常明显。     

填海区地铁盾构隧道下穿公路施工地层沉降规律的数值模拟

以深圳地铁2号线盾构隧道下穿填海区滨海大道公路为背景,利用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,研究在隧道施工扰动下,地表的横向沉降和纵向沉降、地层的水平位移和分层沉降的变形规律.仿真计算结果表明:在隧道横断面方向上地表沉降近似呈正态分布,在纵断面方向上地表沉降槽宽度约为15.0 m;距隧道开挖面越近,地层水平位移受车辆荷载和隧道开挖扰动越大;在车辆荷载作用区域,地表沉降和地层水平位移均大于非车辆荷载作用区域,地层的分层沉降和沉降槽宽度均随着地层埋深增加而减小,地层的上部沉降普遍大于下部;在非车辆荷载作用区域,隧道中心线上方的土体沉降随着地层埋深的增加而增加.     

盾构穿越始发段土体加固区时土体沉降扰动分析

在整个盾构的掘进施工过程中,其始发段施工是事故频发的危险区段。为此,以武汉市地铁江汉路到积玉桥越江段施工为背景,选用FLAC3D软件对盾构穿过始发段全过程的土体扰动规律进行分析。数值仿真分析结果表明:在始发阶段盾构经过土体加固区时,土体横断面沉降槽呈现正态分布规律;将土体加固后,加固区的地表沉降很小,表明加固区土体受到的盾构施工扰动效应较非加固区明显减小;盾构中部通过加固区和非加固区分界面时地表沉降增加速率最大,盾构机前部和尾部通过时地表沉降增加的速率较小;盾构掘进过程中非加固区土层的沉降槽均呈现正态分布,盾构掘进主要影响盾构开挖洞口横向两侧18~22 m范围内土体,以及纵向15~20 m范围内的土体。     

大直径土压平衡盾构施工诱发地层变形规律研究

以北京地铁14号线高家园站-京顺站区间大直径盾构隧道工程为背景,基于北京轨道交通工程施工安全风险监控系统开展地层变形监测试验,研究在大直径土压平衡盾构施工诱发的地层横向和纵向变形规律。研究结果表明:大直径盾构施工诱发地层变形规律总体符合Peck沉降曲线,但由于地层差异和施工控制等原因,沉降槽两侧并不完全对称,横向影响范围约为隧道两侧20 m,纵向影响范围约为盾体前后60 m,变形值在0~-25 mm之间;盾构通过和盾尾脱离管片时地层变形较大,两者之和通常大于总沉降的60%;同步注浆控制地层变形效果显著,但有一定时间的延滞,必须根据风险要求控制好浆液的凝结时间。     

地铁盾构隧道下穿施工对简支梁桥安全性影响分析

由于土体挖除、管片和二衬的设置,盾构施工过程中周围地层土体的初始状态会受到影响,导致上部结构产生不均匀沉降及横向位移,影响桥梁运营。结合盾构下穿既有线工程,采用Midas/GTS软件对盾构下穿结构进行建模计算,分析施工引起的桥墩和桥台的沉降特征。结果表明:地铁盾构掘进过程中右桥洞东2号-北侧桥墩(第32步开挖)沉降最大,为6.8 mm;相邻墩台的最大沉降差产生在右线开挖过程中西0-西1、西1-西2、西2-东2墩台(第32步开挖)开挖结束时,为2 mm。在此基础上提出下穿施工时维持桥梁稳定应满足的技术指标:墩台均匀总沉降量小于25 mm,相邻墩台的纵向沉降差小于2 mm,同一墩台的横向沉降差小于3 mm,墩台的水平位移小于3 mm。     

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。     

盾构隧道掘进对砌体结构建筑物沉降的影响

结合杭州地铁1号线某区间隧道工程下穿13栋住宅群的盾构施工,通过右线隧道(先掘进)和左线隧道(后掘进)下穿建筑物整个施工期间的建筑物底部与屋顶沉降的监测及分析,研究盾构隧道掘进施工对地表砌体结构建筑物沉降的影响规律。结果表明:砌体结构建筑物的沉降历时规律有别于天然地表沉降,尤其是后续沉降阶段的下沉量占累积沉降量的比例明显大于天然地表;右线施工稳定之后,砌体结构建筑物底部与屋顶的沉降曲线均基本符合高斯正态分布,左线通过后不再符合高斯分布规律;砌体结构建筑物屋顶的沉降曲线均与其邻近立面底部沉降曲线较为接近;单线隧道施工时,砌体结构建筑物的沉降曲线可用地表沉降Peck公式表达,但两者存在着本质差别,杭州地区砌体结构建筑物沉降槽的地层损失率取值范围一般为0.7%～6.4%,平均值为1.98%,沉降槽宽度参数的取值范围一般为0.36～1.77,平均值为0.78。     

盾构隧道下穿含气地层江堤沉降控制分析简

针对杭州地铁某盾构隧道下穿富含沼气地层的防洪大堤工程,数值模拟分析盾构下穿防洪大堤过程中引起的大堤沉降和分层注浆加固对沼气释放引起的大堤沉降控制效果,借此提出合理的大堤沉降综合控制措施。研究表明,分层注浆加固对控制大堤沉降效果明显,最大沉降值减小幅度达31．9％;沼气释放对大堤的沉降影响较大,需要在推进过程中严格控制盾构土仓压力和推进速度。     

泥水平衡盾构隧道下穿海河引起河底沉降的数值分析

以天津地下直径线泥水平衡盾构隧道下穿海河为工程背景,采用有限元软件建立数值计算模型,对河底加固前后盾构隧道下穿海河引起的沉降进行了数值分析。结果表明:盾构隧道下穿海河过程中隧道上覆土层沉降沿横向近似呈正态分布,盾构施工横向影响范围为30 m;隧道上覆土层沿纵向的沉降可划分为盾构接近、盾构下穿和盾构离开3个阶段;河底采取注浆加固措施可以有效控制上覆土层的沉降。现场实施效果表明该注浆加固措施切实可行。     

城市地铁盾构施工引起的地表沉降分析

地层损失是盾构施工产生土体变形的主要原因.以成都地铁1号线某盾构区间隧道为工程背景,根据现场前期监测结果,提出了基于地层损失概念的"约束一释放"法来模拟土压平衡盾构开挖过程,运用三维有限差分模型对不同地层损失量下的地表沉降横向分布和地表土层水平横向应变进行了研究.结果显示,最大地表沉降值与地层损失量基本呈线性关系;地表土层水平横向应变存在拉压分区,其拉压分界正好与横向沉降槽的反弯点吻合;且不同地层损失量下沉降槽的反弯点不变;结合现场监测结果,认为地层损失量取1%的计算值与实测值较为吻合.     

高压富水砂层超大直径盾构隧道下穿既有地铁影响分析和控制措施

针对超大直径盾构隧道下穿既有地铁线路时引起的地表沉降及既有地铁沉降问题,以北京市东六环拟建隧道下穿既有北京地铁6号线为工程背景,利用有限元软件模拟盾构施工过程获得不同控制位置的变形及应力数据.结果表明:拟建盾构隧道下穿地铁6号线施工过程中,地表沉降及6号线衬砌结构沉降均在变形控制标准内且影响不大,安全风险可控;拟建盾构...     

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。     

地铁盾构下穿高速公路的路面变形特征分析

盾构施工过程中由于土体挖除、管片和二衬设置,将在穿越过程引起高速公路路面的沉降或隆起,对公路正常运营产生不利影响。论文采用Midas/GTS软件建立了北京地铁7号线盾构下穿京哈高速公路施工过程有限元模型,分析采用盾构法先后施工左右线隧道引起的高速公路路面变形特征,认为地铁盾构掘进过程中,公路路面沉降变形在纵向呈现出抛物线形态,在横向上沉降槽呈现为"U"形,最终的路面最大沉降值产生在两线隧道中轴线上方的右线第10掘进段(第23施工步)开挖时,最大值为15 mm,路面最大隆起值出现在右线上方的右线第9掘进段(第22施工步)开挖时,达6 mm。     

盾构隧道正交施工对地表沉隆变位的影响研究

以某拟建地铁城市区间盾构隧道为研究对象,引入荷载释放系数,采用等效刚度模型和三维有限元法对盾构隧道正交下穿既有隧道施工引起的地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线进行研究,揭示围岩类别、隧道埋深和顶进力等因素变化对盾构隧道正交下穿施工引起的地表沉隆变位的影响,运用三维曲线关系揭示和探讨盾构隧道正交下穿施工中的地表沉隆变位曲线的空间分布变化规律。     

富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

[目的]富水卵漂石地层盾构下穿既有地铁线路施工过程中,易导致既有地铁线路上方土体不规则沉降超出控制范围,进而可能引发地下水喷涌和地面塌陷问题。为此,需要对富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道的施工技术进行研究。[方法]以新建成都地铁17号线凤溪大道站盾构下穿既有地铁4号线为案例,在阐述工程概况的基础上,选取了4个地面沉降测点和4个深层土体沉降测点,分析了盾构掘进过程中地层的沉降变化规律。采用MIDAS GTS软件建立了三维有限元模型,对采用38 m超长管棚与斜向注浆相结合的加固施工进行模拟,对4号线隧道预加固效果进行了分析。基于此,明确了地面跟踪注浆的时机,进一步分析了地面跟踪注浆的效果。[结果及结论]该加固措施有效提高了4号线结构底部土体的整体性,改善了4号线结构的受力状况,有效控制了4号线的结构沉降。     

地铁盾构穿越断层施工力学响应研究

以沈阳地铁1号线云沈盾构区间下穿断层带工程为依托,采用三维数值模拟方法,研究盾构区间下穿断层带引起围岩和管片变形特性和力学响应。研究结果表明：地表最大沉降发生在断层区段,且不对称分布,最大沉降2.6 mm,小于标准;洞周竖向变形主要发生在断层中间位置,而水平变形主要发生在地层变化处,容易引起管片错位破坏;工作面到达断层工作面挤出变形最大,断层中间位置次之,穿过断层最小;衬砌边墙和拱底变形基本对称,而拱底下沉沿纵向不对称,位移突变范围为断层内10 m左右,对于两端硬岩管片没有影响,最小主应力和纵向应力在不同地层接头处发生突变,宜加强断层10 m范围内管片衬砌设计参数。     

地铁盾构隧道下穿既有高铁桥数值模拟及实测施工影响分析

为研究地铁盾构隧道下穿既有高铁桥引起的地面建(构)筑物沉降机理及施工方案的合理性，以广州地铁18号线下穿广深港高铁桥为例，采用三维有限元分析软件MIDAS-GTS对盾构隧道开挖的全过程进行数值模拟，研究由地铁盾构隧道下穿高铁桥造成的地面沉降及桥桩变形影响。同时，将桥墩墩顶位移及地铁隧道结构变形的现场监测数据和数值模拟结果进行对比分析，研究了造成二者差异的主要因素。研究结果表明：场地工程地质条件良好且围岩自支撑能力强，采用盾构法直接下穿沙湾水道特大桥，在采用隔离桩加固措施后，桥桩沉降及其水平变形均在可控范围内；盾构施工对桥梁桩基的附加内力较小，既有桥梁的结构刚度能满足其抵抗变形的要求；区间地铁与桥梁桩基净距较大，同时地层情况以中风化粉砂质泥岩为主，当采用隔离桩加固措施后，区间地铁开挖对桥梁影响较小；桥墩最大实测沉降是其数值计算结果的1.15倍，监测结果与数值模拟结果保持了较好的一致性。     

盾构掘进对U形槽和桥梁桩基的影响分析

为研究双线隧道盾构掘进诱发地面U形槽和邻近桥梁桩基沉降的影响及控制措施,结合成都地铁4号线下穿复杂建筑群,对盾构掘进引起土体竖向变形的公式进行推导,采用Mohr-Coulomb建立隧道-地层-桥墩基础三维实体模型,模拟开挖过程中不同工况对地表U形槽沉降及邻近桩基水平位移和竖向位移的影响,并与理论公式推导结果进行对比。研究结果表明:盾构开挖引起的沉降主要由盾构正面推力、盾构机与周围土体之间摩擦力导致的土体竖向变形等构成,模拟计算得到的U形槽最大竖向位移为14 mm,公式计算得到的最大沉降为25 mm。桥桩基模拟计算和公式计算得到的最大沉降值分别为13 mm和21 mm。公式计算考虑的因素较模拟计算多,沉降值较模拟计算大,但趋势较为接近。     

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%。     

类矩形盾构穿越既有隧道引起土体沉降的模型试验研究

类矩形盾构邻近既有隧道施工的土体变形控制是今后隧道工程要面对的难题,但目前该方面的研究较少。通过开展室内缩尺寸模型试验模拟类矩形盾构邻近既有隧道施工,探究了新旧隧道不同间距以及正交、斜交、重叠、夹穿等工况下由于土体损失导致的地表和深层土体纵向变形情况;对Peck公式进行了拓展,将无既有隧道沉降值与既有隧道造成土体二次扰动沉降值叠加得到适用于类矩形盾构穿越既有隧道的地表沉降计算方法。研究结果表明：随着新建隧道的施工,地表沉降逐渐增大,最后趋于稳定;地表沉降与深层土体沉降趋势基本一致,深层土体沉降值大于地表沉降;相比正交、斜交工况,重叠工况对地表沉降影响最大,其最大沉降值比其余2组最大沉降值大1倍;斜交工况与正交工况地表沉降最大值基本相同,但斜交工况沉降槽形状为W形,正交为V形,斜交工况沉降槽宽度大于正交工况,说明对土体的影响范围更大;重叠工况由于隧道自重造成的地表沉降的效果远比遮拦效应大;对比并择优了能够计算类矩形盾构施工造成的沉降槽宽度的方法,理论计算结果与实测数据基本吻合;Peck公式适用于既有隧道造成土体二次扰动的地表沉降计算。