盾构下穿高铁路基沉降控制标准及控制措施分析

为研究盾构隧道下穿高铁路基的沉降控制措施及其效果,以西安地铁 1 号线三期工程盾构下穿徐兰高铁 段工程为背景,通过对现行规范及既有类似工程案例的分析、结合既有无砟轨道的现状,确定了本工程隧道下穿 高铁无砟轨道路基的控制标准,并以此选定了盾构隧道下穿高铁路基的盾构、加固以及辅助控制变形措施,依据 施工方案并结合工程实际情况,理论分析了影响分区的判别准则及判别阈值,进而划分了铁路路基受到不同影响 的分区,通过数值模拟的方法分析拟定施工方案的实施效果。结果表明：采用盾构下穿高铁路基避开 CFG 桩 (水泥粉煤灰碎石桩)且进行地面袖阀管注浆加固的方案能够满足工程要求,道床的最大竖向位移为 4.716 mm, 最大水平位移仅为 0.301 mm;CFG 桩的最大竖向位移为 11.93 mm。     

新建两并行盾构隧道下穿高铁隧道模型试验研究

为研究新建盾构隧道下穿施工对既有高铁隧道的不良影响，采用离心模型试验模拟两并行盾构隧道下穿高铁隧道开挖施工。研究了两并行盾构隧道下穿施工时既有高铁隧道结构内力、拱顶变形、拱底变形和地面沉降的变化规律，同时考虑高铁隧道沉降缝对其结构的影响。模拟研究表明：后行盾构隧道开挖引起的不利影响小于先行盾构隧道开挖引起的不利影响；对于无沉降缝的既有隧道，仰拱和拱顶纵向沉降分别呈U形和反U形；考虑沉降缝时，既有隧道拱顶、地面沉降值增加了100%以上，既有隧道最大纵向弯曲应变、剪应力减小了60%;沉降缝的存在不会改变高铁隧道的横向弯曲应变和变形趋势，但是在数值上会有所降低。     

盾构下穿引起的既有线路轨道变形与列车运营作用研究

地铁盾构下穿既有高铁线路施工时会对既有地基产生扰动,引起地层不同程度的沉降、路基下沉、轨道结构变形等病害,不仅对隧道和周边环境的安全产生不利影响,严重的会造成既有铁路破坏,影响线路的正常运营,给乘客带来安全隐患。利用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路基-下穿隧道有限元模型分析了盾构施工对既有线路轨道结构的影响,并结合高速铁路结构间的相互作用关系,基于车辆-轨道耦合动力学理论对盾构下穿引起的线路变形、轨道结构层间离缝与列车运行相互作用进行了分析。     

超大直径盾构下穿既有铁路群安全性评估研究

以武汉市两湖隧道工程下穿既有武黄城际线、南环线和大花岭疏解线等铁路为背景,对隧道施工中的重大风险源--区间下穿武黄城际铁路等6条铁路线的施工过程进行了三维仿真数值模拟。武汉两湖隧道盾构直径达15.5m,两轨面间的差异沉降不得大于5 mm,对地铁下穿段的施工提出了较高要求。数值模拟的计算结果表明:(1)超大直径盾构下穿铁路路基主要引起的是路基沉降,地层损失率是控制沉降的关键因素。(2)盾构下穿的铁路接触网立柱,沉降及位移明显,以沉降为主,水平向偏移主要表现为向盾构轴线侧倾斜。(3)在隧道开挖面通过路基下方前已发生沉降变形,穿过路基时轨道变形较大,完全穿越路基后轨道沉降几乎不发展。     

地铁盾构下穿高速铁路情况下的路基加固与轨面控制

以苏州某盾构隧道下穿高速铁路为背景,采取数值计算、理论分析并结合工程实测结果,分析论证了采取桩板结构和路基注浆联合加固方法,并对轨面状态监测、监护方法进行分析.结果表明:采用联合加固方法可以有效减小盾构穿越高速铁路路基引起的沉降,盾构穿越后实测最大沉降量为0.7mm,与数值计算结果相近,能确保高铁运营安全.     

黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术

研究目的:黄土地区某城市地铁2号线盾构施工下穿既有陇海铁路线是一个盾构施工中的I级风险源,为保证地铁盾构施工安全下穿陇海线路,开展了盾构施工穿越既有铁路的变形控制技术研究,以为盾构安全施工提供技术支撑。研究结论:(1)黄土地区地铁盾构下穿既有陇海线路的地表沉降规律:不采取控制措施盾构施工时,路基右线隧道轴线正上方的沉降量为20.48 mm,左线隧道轴线正上方的沉降量为12.85 mm,左右线隧道的轴线上的沉降量均超出了沉降允许值;采取严格控制土压力、盾构匀速通过、严格控制注浆量、减少盾构推进方向的改变等减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施盾构施工时,右线隧道轴线正上方的沉降量为5.44 mm,左线隧道轴线上方的沉降量为4.95 mm,均小于变形允许值。(2)FLAC计算预测的变形规律与实际值基本一致,地表和铁路路基的变形量在允许范围内;减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施合理有效。(3)该研究成果可应用于黄土地区地铁盾构下穿铁路施工变形控制。     

地铁隧道下穿高速铁路联络线路基安全影响分析

为研究地铁盾构法隧道穿越高速铁路联络线路基的沉降问题,铁路行车对地铁隧道结构产生的安全问题以及地铁隧道施工过程中的安全控制措施,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,对南京地铁4号线下穿京沪高铁联络线路基段进行探讨和分析。结果表明:在地层损失率不大于8‰并考虑铁路行车限速的情况下,地铁隧道下穿高铁路基引起的线路变形满足高铁静态管理标准要求,并给出盾构机的掘进参数建议值。为达到地铁盾构隧道施工对铁路的影响最小,保证施工期间铁路的安全运营,提出施工期间高铁运营速度应控制在120 Km/h以内,盾构机应匀速不间断掘进,推进速度应控制在1.0~1.5 cm/min,每日推进5~6环。     

软土地区盾构隧道斜下穿多股铁路路基变形规律

目的：目前，地铁隧道穿越铁路路基的情况越来越多，但软土地区盾构隧道斜下穿既有运营铁路的研究相对较少，因此需分析该情况下的路基变形规律。方法：以绍兴轨道交通1号线大滩站—火车站站区间盾构隧道下穿杭甬铁路绍兴站站房及6股铁路股道工程为例开展研究。采用有限元法分析了盾构隧道掘进施工对杭甬铁路路基的变形影响，并基于实测数据对数值模拟结果进行了对比分析，充分验证了袖阀管注浆加固方案的有效性。结果及结论：有限元分析结果表明：未考虑盾构穿越区域地基加固的情况下，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为13.12 mm,不满足沉降控制标准要求；当盾构穿越区域采用袖阀管注浆加固措施后，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为8.20 mm,满足沉降控制标准要求，说明袖阀管注浆能够有效控制铁路路基沉降和轨道的不平顺。实测数据结果表明，盾构隧道下穿铁路施工期间的累计变形历程可分为路基隆起、路基快速沉降、路基平稳波动及后续沉降4个阶段，且前期隆起量大、后续变形相对较小，加固后的路基累计变形量能控制在10.00 mm以内。     

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。     

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。     

盾构下穿高铁路基模型试验系统设计

为更好地指导盾构下穿既有高铁路基设计与施工,以拟建石家庄轨道交通4号线下穿京广高铁京石段为背景,基于相似比对试验箱尺寸、地层与结构相似材料物理特性、试验监测系统、盾构掘进设备进行研究,使其能够在“盾构-土体-既有结构”系统下开展多种形式研究,为盾构下穿既有高铁路基设计与施工提供技术支持。结果表明,设计较大室外模型试验时,为保证材料填筑及后期试验对试验箱不产生较大侧向变形影响,模型箱应采用较大刚度材料制作;结构相似材料配制中弹性模量对试验影响较大,结构相似材料配制以控制弹性模量为主,最终选取325R水泥、细砂、橡胶粉与聚丙烯纤维配制结构材料;隧道埋深是影响既有高铁路基竖向位移的主要因素,因此可在其他条件不变情况下,改变隧道拱顶距管桩底部距离,改变“盾构-土体-既有结构”模型,探究埋深对既有高铁路基竖向位移的影响。本试验设计可为类似模型试验的开展提供参考。     

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。     

黄土地区盾构下穿陇海铁路及金花隧道的施工安全控制技术

以西安地铁3号线胡家站—石家街站区间盾构下穿陇海铁路及金花隧道工程为例,研究相关的盾构施工安全措施。陇海铁路路基采用注浆加固,线路钢轨采用扣轨加固,盾构下穿陇海铁路施工时密切监测沉降数量。工程施工实测结果表明,由于采取了合理的掘进参数及地表加固措施,盾构安全下穿了陇海铁路及金花隧道。     

合肥地区新建盾构隧道下穿铁路路基段地层预加固措施研究

以合肥一轨道交通线下穿合福高速铁路联络线、合武铁路为工程背景,采用三维有限元数值模拟方法,考虑不同地层加固范围,模拟不同加固方案工况下盾构下穿既有铁路引起的铁路路基变形规律,分析不同地层加固方案对路基沉降的影响。结果表明,加固盾构通过位置周边地层能有效控制路基沉降。最后结合本工程的特点及常规盾构施工经验,提出盾构下穿铁路路基施工时可采用的施工技术措施,为同类工程项目提供借鉴。     

铁路隧道下穿施工引起既有铁路线路变形规律研究

近年来,随着我国铁路交通的大规模建设,新建铁路以隧道的方式下穿既有铁路越来越多的出现且在大量的工程当中且影响越来越严重。结合京石高铁下穿既有石德铁路工程,对下穿隧道暗挖段进行了数值模拟计算,分析研究了隧道下穿施工时对既有铁路路基沉降、轨道沉降、轨道水平偏差及轨向偏差的变形规律,得出了隧道下穿施工对既有铁路线路的影响,对工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究

盾构隧道下穿既有铁路线路会造成铁路线路沉降变形,影响列车的正常运行。基于此,在某实际工程的基础上,对地基加固、盾构下穿过程中铁路线路沉降情况进行监测分析。结果表明：旋喷桩加固注浆施工对铁路线路影响很小,当旋喷桩加固施工完成后,主加固区施工对铁路线路影响较大;地基加固对盾构下穿时铁路线路变形控制有较好效果,隧道穿越施工期间,路基最大沉降量为36．52mm,轨面最大沉降量为15．88mm,满足规范要求。     

地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路无砟轨道路基的影响研究

以无锡地铁3号线盾构隧道下穿沪宁城际铁路路基为背景,采用理论分析结合有限元单元法,探讨对铁路路基采用混凝土板+钻孔桩+CFG桩联合加固措施的有效性以及加固效果,并将计算结果与施工监测数据进行对比,结果表明:采用加固方案后,当地层损失率为0.5%时,双线贯通后沪宁城际铁路路基的最大沉降变形为0.712 mm,路基加固后的最大沉降是未加固时最大沉降值的11.3%。因此,预加固措施能够有效控制地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路路基过程中产生的沉降变形,满足高速铁路运营安全。     

济南轨道交通1号线和2号线下穿高铁工程对邻近桥梁变形和振动的影响

为探究盾构施工过程中高铁桥墩的变形特征,以济南轨道交通1号线和2号线4条隧道下穿京沪高铁同一跨桥梁工程为例,开展了现场墩顶位移监测试验,并对2号线地铁隧道盾构掘进施工过程中邻近高铁墩顶的位移数据进行了分析。通过有限元法研究了隔离桩、隧道位置和地铁列车运行等不同工况下,下穿邻近高铁桥梁承台的竖向振动位移、振动加速度及其最大值的分布规律。研究结果表明：隔离桩的施工满足相关规范对盾构隧道施工期高铁桥墩位移的要求;1号线和2号线左线列车运行引起的高铁承台竖向振动位移均较大,建议对其采取轨道减振措施;隧道距离隔离桩顶部或底部越近,隧道引起的高铁承台振动位移越大。     

地铁盾构隧道下穿高速铁路引起路基变形数值分析

以广州市轨道交通某区间盾构隧道下穿高速铁路路基为背景,通过建立三维有限元模型,分析了采取地层加固措施对于控制既有高速铁路路基变形的效果。通过计算分析可知,加固区的存在能够有效控制盾构隧道施工引起的既有铁路路基纵向和横向沉降及不均匀沉降,从而保证既有铁路安全运营不受影响。     

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。