地表堆卸载对浅覆土盾构隧道影响试验研究

地铁沿线开发利用过程中不可避免地造成紧邻地铁隧道的地表临时堆载,堆载清除后依然会对隧道结构造成不可恢复变形,影响地铁安全运营。现有的研究主要集中在堆载过程引起的盾构隧道变形,缺少堆载-卸载这一完整过程的研究。为探究地表堆-卸载引起的浅覆土隧道变形特性,以错缝无榫槽盾构隧道为原型,使用3D打印技术制作的盾构隧道模型开展砂土地层盾构隧道的浅覆土堆-卸载试验和常覆土堆载试验,分析浅覆土隧道堆-卸载过程受力及变形情况,并对比堆载过程浅覆土隧道与常覆土隧道受力及变形结果。实验结果表明：地表堆-卸载过程引起隧道管环变形由整体沉降和径向收敛2个部分组成。地表临时堆载引起隧道的部分变形是不可逆的,且浅覆土隧道的卸载回弹变形具有一定的滞后性,卸载后,隧道环的不可恢复位移偏移量：拱底>拱顶>拱腰。距离荷载中心越近,截面椭圆化越明显,且拱顶、拱底和拱腰是产生弯矩的峰值处。浅覆土隧道对地表荷载变化更敏感,在地表堆载下产生明显的沉降区,且隧道两端发生翘起现象;常覆土隧道差异沉降相对较小,沉降曲线较平滑。浅覆土隧道受到附加应力更大,但受影响范围要小于常覆土隧道。研究可为地表突发堆载中既有盾构隧道的保护...     

盾构隧道病害分析及上方架空轻质回填研究

研究目的:紧邻地铁盾构隧道的抗拔锚杆高压注浆易诱发严重的隧道病害,包括管片环错台、椭圆度超限、开裂、接缝及螺栓孔渗漏水等,影响地铁正常运营及结构安全。本文基于实际工程案例中基坑施工历程、隧道病害现状、监测数据,借助数值模拟手段,分析隧道上浮及病害成因,并提出一种隧道上方架空轻质回填的方案,为类似工程提供借鉴。研究结论:(1)基坑地下室大面积抗拔锚杆高压注浆是造成隧道发生上浮的主要原因,地下水位上升引起的隧道上方土层重度减小及强风化粉砂质泥岩的软化、膨胀,降低了隧道上方土层的抵抗作用;(2)隧道纵向不均匀上浮和注浆引起的隧道侧方压力增大,导致隧道发生环径向错台、椭圆度变形超限,过大的"竖鸭蛋"变形是隧道管片侧墙开裂、接缝及螺栓孔渗漏水的直接原因;(3)针对隧道开裂、渗漏水及椭圆度变形,提出相应的病害处理措施;(4)提出"架空结构+轻质EPS板"的回填方案、相应的施工工序及EPS板施工要点,实测结果表明该地铁保护方案将隧道沉降控制在9. 1 mm;(5)本研究成果可供类似盾构隧道上方堆载工程参考。     

大直径泥水平衡盾构浅覆土始发地表沉降特性

研究目的:在盾构始发阶段,由于覆土浅、地层自稳能力差,地层扰动引起的危害已成为不可忽视的问题。基于此,本文以京张高铁清华园隧道工程为背景,依据始发段实际加固方案及现场监测得到的始发段掘进参数,采用有限差分法建立三维泥水平衡盾构隧道数值模型,通过分析始发施工过程中隧道周边地表土体位移,并与现场实测进行对比,研究大直径盾构浅覆土始发段地层位移变化特征。研究结论:(1)数值计算与现场监测结果得到的土体位移规律基本一致,验证了本文盾构法施工数值模拟计算方法的工程实用价值;(2)由于始发竖井端头进行了高压旋喷桩加固,相应的地表沉降明显得到控制改善,印证了加固方案的有效性;(3)得到了大直径泥水盾构浅覆土始发土体变形规律:隧道轴线上方土体的沉降位移最大,为20 mm,两侧逐渐减小,两端呈现轻微上拱趋势,隧道周围土体有向洞室挤人运动的趋势;(4)该研究成果可为类似大直径盾构浅覆土始发工程提供参考。     

基于三维激光扫描的盾构隧道横向变形指标研究

采用三维激光扫描技术对某运营期盾构隧道段(含联络通道)进行全空间变形检测,通过数据处理获得每环隧道横断面全周变形值,结合现场勘察隧道裂缝、错台和渗漏水等病害情况,分析隧道横向变形与隧道结构性能的关系。研究结果表明:运营期隧道结构变形模式为斜鸭蛋形;在盾构隧道长轴(或短轴)变形量小于0.3%D(椭圆度小于0.6%)时,隧道无渗漏、管片无破坏及错台现象;在盾构隧道长轴(或短轴)变形量大于0.3%D但小于1%D(椭圆度大于0.6%但小于1%)时,隧道逐渐出现渗漏、管片破坏和错台等病害;在盾构隧道长轴(或短轴)变形量大于1%D(椭圆度大于1%)时,隧道出现大量渗漏浆、管片破坏及错台现象。研究成果对于制定隧道检测计划、完善隧道设计规范中的相关规定等有一定的参考价值。     

人工湖积水对下方地铁盾构区间结构变形影响分析

为明确下穿人工湖地铁盾构隧道结构下沉变形原因,并对变形后盾构隧道结构安全进行评估,以某人工湖受极端天气影响水位快速上升后,下穿人工湖的地铁盾构隧道产生沉降为例展开研究。首先通过荷载结构模型对盾构隧道强度进行验算,然后采用地层结构模型模拟盾构隧道上方堆载及卸载工况对盾构隧道变形的影响,并与现场监测数据进行对比分析。结果表明：人工湖水位上升为盾构隧道变形下沉的主要原因,产生变形后隧道结构自身承载能力及裂缝宽度均满足设计和规范要求,盾构隧道结构自身是安全的,同时对人工湖抽水后隧道上浮值进行预测,盾构隧道结构在上浮后仍然处于安全状态,研究成果可以为后续人工湖及地铁隧道处理措施提供参考依据。     

地表偏堆载引起浅埋大断面隧道裂损衬砌病害整治

隧道洞顶堆载常会引起隧道结构变形过大甚至开裂，影响结构安全。以某高铁隧道洞身浅埋段堆载偏压导致衬砌发生纵裂的工程问题为依托，通过洞内沉降、收敛和中线偏移监测，洞外沉降、变形和测斜监测，结合数值模拟手段，对隧道衬砌结构产生裂缝的原因进行分析。针对外部堆载造成衬砌纵裂情况，采用洞外清方减载和洞内套衬内外相结合补强措施进行整治，结合外部环境条件确定整治施工要点，同时在隧道一定范围内地表划定保护区，确保高铁隧道运营期的安全。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。     

沪昆客专何家地隧道出口煤矿采空区沉降分析

研究目的:沪昆铁路客运专线何家地隧道出口D1K976+780～D1K977+208段在施工过程出现二衬变形开裂病害,地表产生长大贯通裂缝,严重影响隧道正常施工及开通运营。本文通过地质调查、煤矿资料收集、下井实测、物探、钻探、变形监测等综合勘察手段,对引起病害的煤矿采空区进行综合勘察,从而为何家地隧道病害整治提供可靠依据。研究结论:(1)通过综合勘察查明了引起隧道病害的煤矿采空区位于隧道左侧,最近距左中线约32 m,路基面以下183～225 m;(2)综合分析确定了煤矿采空区移动参数、变形参数及垂直分带;(3)基于变形监测成果,分析煤矿采空区从初始期、活跃期到衰退期的沉降特征,评价采空区沉降对铁路隧道的影响;(4)本研究成果可为类似煤矿采空区工程地质勘察及分析采空区沉降规律提供参考。     

软土地层地铁盾构隧道结构病害数值模拟及分析

地铁盾构隧道在服役过程中,其衬砌结构表面难以避免地存在不同严重程度的结构病害,如裂缝和渗漏水.为了能够客观地评定结构病害的严重程度,迫切需要研究结构病害主要参数与结构服役性能之间的力学关系.以地铁盾构隧道衬砌结构表面的裂缝和渗漏水病害为研究对象,基于地层结构法,采用接头弱化的盾构隧道三维实体有限元模型,建立可以同时模拟...     

地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用研究

研究目的:围岩变形量过大、地表沉降开裂甚至塌方是浅埋大断面黄土隧道施工过程中最容易出现的工程病害。为解决大断面黄土隧道在浅埋地段施工过程中出现的地表与围岩变形难以控制、施工效率低下等问题,以在建银西高铁上阁村隧道浅埋段为试验工点,通过现场地表注浆与室内试验,从注浆前后地表沉降与围岩变形量及围岩物理力学参数变化等方面对地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用效果进行研究。研究结论:(1)地表注浆可以有效控制围岩变形和地表沉降,变形降幅可达27%～50%,注浆后可将地表与围岩变形量控制在规范允许值内,防止隧道开挖过程中出现地表裂缝、坍塌、拱顶沉降量过大等灾害;(2)采用地表注浆后围岩物理力学参数明显得到改善,平均增幅可达10%～35%,提升围岩强度与整体稳定性,确保隧道开挖安全;(3)地表注浆能够提前二衬施作时机,加快施工进度;(4)地表注浆形成的浆-土结合体具有明显的"挤密效应"和支撑作用,可以改善原状黄土的结构性;(5)该研究成果可为大断面黄土隧道的浅埋地段快速安全施工和设计提供参考。     

南京河西地区地铁盾构隧道不均匀沉降分析

依托实测资料,发现南京河西地区某盾构隧道已经形成多个不均匀沉降槽、地面沉降主要发生在软土层、2-4土体地下水位具有呈现正弦函数规律的季节性波动,通过构建的盾构隧道沉降计算公式及典型案例,解释了盾构隧道不均匀沉降是由不均匀分布的下卧软土与外部影响因素共同作用所造成,明确了地下水位的下降对盾构隧道沉降影响最为显著,外部基坑施工影响次之,地表堆载影响较少。     

不同工况下横通道开挖对隧道结构影响分析

基于FLAC 3D软件建立摩擦土层及黏性土层等多种工况下的三维数值模型。从主线隧道中心线上方土体位移、地表沉降及主线隧道衬砌内力等方面,研究分析了横通道开挖对隧道结构的影响作用。主要研究结论为:(1)在不同的隧道间距、隧道埋深及地质条件下,横通道开挖对主线隧道上方位移、地表沉降及隧道衬砌受力分布的影响也不尽相同;(2)随着横通道向前掘进,横通道中心线上方垂向位移及地表沉降呈现逐步增加趋势,对横通道中心线上方的影响更为显著;(3)随着横通道的开挖,先行隧道拱顶处的衬砌弯矩、边墙处的衬砌轴力呈增加趋势,后行隧道拱顶、边墙处的衬砌弯矩以及边墙处的衬砌轴力在横通道开挖结束的几个计算步时均呈增加趋势。     

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。     

施工期盾构隧道管片衬砌裂损病害统计分析

研究目的:针对某地铁盾构隧道工程施工期管片衬砌结构大范围开裂及脱落现象,对管片裂损病害的形态特征、分布规律以及危害程度进行统计分析,以期探明多种施工因素影响下管片衬砌结构的裂损机理,从而为隧道维修养护提供参考。研究结论:(1)管片裂损按照所占比例由大到小依次为:拱顶脱落、纵向裂纹、边角部裂损,拱顶脱落及纵向裂纹是施工期影响管片质量的最主要因素,且管片裂损病害的主要致因包括不良千斤顶推力作用(推力过大和推力不均)、管片错台以及管片环间接触面不平整等因素;(2)纵向前裂纹数量更多、波及范围更广、病害程度更深,是威胁隧道结构承载力及耐久性的最主要病害形式;(3)拱顶脱落对隧道结构的纵向受力特性影响较大,但其发生、发展与管片结构榫槽设置有关,通过对管片参数的优化、调整能够有效降低这一管片病害的发生;(4)该研究对于盾构施工控制具有指导意义。     

地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析

以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景,考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序,运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟,并与现场测量数据进行对比分析.结果表明:先施工的右线隧道掘进完成后,隧道上方各层土体越靠近地表,盾构施工引起的地层竖向变形越小,而地层的沉降槽宽度越大,地表沉降槽宽度系数为0.56;近距离双隧道同向先后开挖时,土体相互扰动,地层距离隧道轴线的高度越小,地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显,岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别;两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形,此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用,易出现裂缝,故在施工中应做好切实的防护措施;监测结果验证了数值模拟方法的正确性,在盾构掌子面距离监测点12 m范围内,地表沉降发展得较快.     

地铁双线盾构近距下穿盾构隧道施工沉降控制

研究目的:为研究双线盾构下穿时既有地铁盾构隧道的沉降规律及控制措施,以北京地铁14号线隧道近距下穿地铁15号线隧道工程为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟,结合现场监测数据及盾构施工参数的分析,阐明既有隧道的沉降规律,总结控制沉降的盾构施工参数经验,验证沉降控制措施的有效性。研究结论:(1)既有隧道的沉降始于盾构刀盘距既有隧道1.5～2.0倍洞径处,在既有隧道前后1.1～1.3倍洞径范围变化最大,但受先后施工的二次扰动影响并不明显;(2)盾构掘进速度保持60～80 mm/min,合理且较高的顶推力、土仓压力、注浆量,可确保在快速通过穿越区域的同时抑制既有隧道的沉降;(3)通过注入双液浆、克泥效浆液对土层进行加固改良,设置聚氨酯隔离环,可减小既有隧道的后期沉降;(4)本研究成果可为盾构穿越施工影响下既有隧道的沉降控制提供借鉴。     

地裂缝环境下盾构隧道结构性状及适应性研究

为了揭示地裂缝环境下不同拼装方式盾构地铁隧道结构性状及适应性,以拟建西安地铁8号线为依托工程,考虑采用盾构隧道穿越地裂缝场地为工程背景,建立三维有限元数值模型,对地裂缝错动作用下不同拼装方式盾构隧道结构变形与内力及适应性进行分析。主要结论:地裂缝错动时通缝拼装盾构隧道沉降变形明显大于错缝拼装盾构隧道;拼装方式对管片衬砌结构内力分布规律的影响不大,均表现为拱底位置出现管片接头挤压破坏和两侧拱腰位置受剪最为严重,但数值上通缝隧道内力更小一些;通缝隧道的环间相对垂直位错量及影响范围均大于错缝隧道。从地裂缝场地盾构隧道适应性来看,当地裂缝位错量s≤10 cm时,两种拼装方式的盾构隧道均可用于地裂缝场地,而当地裂缝位错量s10 cm时,错缝拼装的盾构隧道更适合地裂缝场地。     

数值分析结合自动化监测技术在地铁下穿工程中的应用

为确保地铁双线盾构隧道长距离平行下穿既有建筑物的安全,采用FLAC3D有限差分软件建立模型,获得施工过程中地铁盾构隧道所引起的该建筑结构的变形规律及影响范围,并提出针对性的监测方案。结果表明:(1)根据理论计算及实际监测,盾构隧道施工对既有建筑结构的影响范围为隧道上方及两侧20 m横向范围,因此应对该范围内的建筑结构进行重点监测;(2)为降低由于盾构施工造成的地层损失,及时对区间下穿既有建筑段下方隧道拱部管片外侧地层进行二次注浆加固很有必要,通过监测可知,该建筑结构最大绝对沉降值约为9.5 mm,最大差异性沉降值为10.5 mm,均满足评估单位给出的安全指标;(3)采用自动化监测手段,实时掌握建筑物的变形数据,通过调整盾构推力、土仓压力、掘进速度等掘进施工参数,最大程度降低对既有建筑结构的扰动。     

地表大范围开挖卸载引起下卧盾构隧道管片碎裂机理研究

针对地表大范围开挖卸载引起下卧盾构隧道管片出现大量裂缝与碎裂掉块现象,以成都地铁某盾构隧道为例,从地层条件、土方开挖与施工顺序、管片拼装质量以及管片开裂掉块情况出发,运用有限元仿真方法,对地表大范围开挖卸载过程中下卧隧道的位移和内力的变化规律进行分析。结果表明:下卧盾构隧道的整体隆起变形呈现水平向直径变小、竖向直径增大的规律;隧道拱顶和拱底的弯矩减小、轴力基本不变,拱顶处局部区域由内侧受拉转变成外侧受拉,拱顶接缝由内侧张开转变为外侧张开、内侧挤压;隧道安全的威胁主要来自隧道拱顶处内侧挤压、隧道竖向椭圆度增加以及接缝两侧管片不平整接触(错台),而非结构内力变化。由此提出采用改性环氧树脂灌注、环氧砂浆填充和粘贴碳纤维对隧道管片的裂缝和破碎处进行修补的方案,修补后管片的承载能力完全满足地铁运营的要求。     

隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

运用Ansys软件对盾构隧道在不同地质条件下的水平、竖向耦合地震的响应进行三维数值模拟，分析隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况，探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律，找出了衬砌衬砌结构的受力最薄弱部位，研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考。