近接隧道盾构施工的力学影响与施工对策研究

通过对某近接区间隧道盾构施工的数值仿真和计算，研究在平面重叠的隧道施工中，后推进隧道施工对既有线管片的应力重分布影响。对比不同施工顺序导致地表沉降的数值计算值，并结合现场地面沉降观测值，证实了在近接隧道盾构施工中使用数值仿真计算的方法可行，先浅后深的施工工序有利于地表沉降与隧道构件应力控制。     

盾构水平偏角变化对盾构-土相互作用影响

为了探明盾构掘进过程中机-土相互作用的机理,指导盾构姿态的控制和调整,针对水平偏角变化对盾构与土相互作用的影响这一问题,对作用于盾壳周围土压力的理论计算方法以及水平偏角预测模型进行研究。首先基于地基反力曲线,通过等效弹簧近似建立盾构与土的相互作用模型,同时基于几何分析可计算盾构水平偏角变化过程中周围土层发生的位移,从而得到作用于盾构外壳的周围土压力的理论计算方法。然后引用改进的松动土压力计算方法,得到盾构初始土压力的计算方法,解决盾构水平偏角计算的初始边界问题,并结合土对盾构作用荷载的计算方法得到盾构水平偏角计算方法。基于所建立的理论计算模型,对盾构机质量、地层类型以及地层开挖损失率等因素对盾构-土相互作用的影响进行分析和讨论。最后,结合济南地铁R2线盾构隧道工程,对盾构的水平偏角以及相关掘进参数进行实时监测,并与盾构水平偏角理论值进行对比分析。研究结果表明：盾构质量以及地层开挖损失率对盾构在水平面上进行姿态的影响较小;不同地层类型以及地层的土压力系数对盾壳与土相互作用的影响较大;通过工程应用发现盾构水平偏角理论值的变化趋势与实测值基本一致,但由于盾构自身施加的调姿弯矩无法完全作用于盾构机,因此理论值普遍大于实测值。     

下穿盾构隧道施工对铁路的影响研究

盾构隧道开挖对邻近建筑物的扰动是必然存在的,此类问题已得到了愈来愈广泛的关注。以佛山市三水区下穿盾构隧道工程为依托,利用数值摸拟法,计算分析了近距离下穿盾构隧道施工对既有铁路的影响规律。基于弹性地基梁理论,将盾构开挖影响等效成一位移,推导了盾构隧道开挖引起的既有铁路竖向位移理论计算公式。分析结果表明:盾构隧道开挖引起的轨道沉降近似呈正态分布曲线,主要影响范围为隧道轴线两侧约2.5倍隧道直径范围内,与Peck估算公式计算所得影响范围一致,且其分布规律与实测结果吻合。对比数值与理论计算结果表明,采用弹性地基梁法可以有效地计算既有铁路受下穿盾构开挖影响后的位移。     

杭州地区某盾构区间施工地表变形预测参数的分析与确定

以杭州地铁某盾构区间隧道施工为背景,分别对盾构隧道上浮和盾构隧道水平2种工况建立计算模型,并计算盾构掘进施工引起的地表沉降,在每种模拟工况计算中取不同的地层损失率对地表沉降进行计算。将不同工况、不同地层损失率的计算结果与实测数据进行对比分析,并利用Peck公式计算结果进一步确认,以确定不同工况下的地层损失率:盾构隧道上浮工况下地层损失率约为1.9%;盾构隧道水平工况下地层损失率约为1%。以期为杭州和其他地区盾构施工引起的地表沉降预测提供参考。     

软土地质条件下盾构穿越高速铁路对路基工后沉降的影响

依托南京地铁4号线一期工程徐金区间隧道下穿京沪高铁联络线及仙宁铁路项目,运用理论分析与现场变形观测相结合的方法,分析铁路路基在盾构隧道施工期及工后期的沉降规律.研究表明:Peck沉降理论计算的地表沉降极大值发生在两个隧道中心对应的地表处,随地层损失率的增加而增加,具对称性;与一般黏性土或者砂性土不同,软土地质条件下盾构...     

盾构隧道结构计算分析方法研究

为了应对盾构隧道因复杂赋存环境、多元结构形式及使用功能所面临的计算模型精细化、荷载取值合理化、计算模型精准化等高要求,通过调研盾构隧道结构分析方法的发展现状,综述了当前盾构隧道结构计算分析中荷载计算方法,并结合近10年来笔者所开展的相关研究工作对盾构隧道静、动力分析方法与计算模型进行了汇总和梳理。在盾构隧道荷载取值方面,阐述了深层空间水土荷载作用机理、施工阶段流固耦合效应以及岩质地层地震荷载合理取值等方面的问题及进展;在结构分析理论及模型方面,重点论述了盾构隧道整体化分析方法的内涵及思路、盾构隧道复杂接缝面力学行为、基于接头非线性抗弯刚度计算的结构分析方法以及结构整体受力特征及破坏模式的试验与实测手段验证三方面取得的成果;综述了以地层-结构组合体系反应位移法和纵向广义反应位移法为代表的盾构隧道横、纵向抗震分析方面的研究成果,并对盾构隧道结构分析中考虑耐久性因素的研究现状做了介绍。最后,针对大深度、高水压、特殊环境等盾构隧道工程的建设形势,展望了盾构隧道结构分析方法的发展趋势。     

盾构隧道实用抗震计算方法研究

首先分析了各国盾构隧道抗震计算的现状,总结了常用的盾构隧道抗震计算方法,分析了这些方法的优缺点及适用性。在此基础上介绍了在盾构隧道抗震分析方法方面笔者带领的研究团队近年来取得的部分进展,主要有:在盾构隧道横向抗震计算中提出修正静力法,解决了静力法的计算合理性问题;提出考虑环间接头非线性刚度的纵向迭代计算方法,进一步发展了纵向广义反应位移法的适用性,以期解决大型复杂结构在非均匀地层中的高精度计算问题;并介绍了上述研究进展在中国相关抗震规范中的采纳应用情况。最后对隧道实用抗震计算方法进行了展望:在管片结构劣化对盾构隧道抗震的影响、拟静力计算方法如何考虑地层非线性、近场地震动对隧道的影响等方面有待进一步研究。     

地铁盾构进洞整体接收装置变形验算及压力试验研究

针对当前地铁盾构进洞遇到的复杂施工环境,设计了一种新型地铁盾构进洞整体接收装置。为保证盾构进洞整体接收装置在实际盾构进洞工程施工安全,该文通过数值计算和工程现场压力试验对盾构进洞整体接收装置进行了验证研究。研究结果表明,地铁盾构进洞整体接收装置设计满足杭州地铁2号线钱江世纪城-钱江路站区间江南风井盾构进洞工程施工要求。     

盾构推进系统设计

分析了盾构推进系统的设计需要满足的功能要求,对盾构设计推力进行了详细的计算,结合盾构的结构及尺寸,确定了推进油缸的规格参数、外形尺寸和数量,分析了推进油缸的布置方式以及与管片间的匹配适应关系,阐述了盾构推进系统的控制。通过研究,掌握了盾构推进系统的设计方法,为盾构的施工提供参考。     

盾构到达钢套筒辅助接收施工技术研究

盾构接收施工是隧道施工中的关键点,也是盾构隧道施工中极易出现事故的阶段。文中以长沙市地铁1号线黄兴广场站—南门口站区间隧道盾构到达钢套筒辅助接收为工程背景,介绍了钢套筒接收施工方案;采用FLAC~(3D)构建钢套筒模拟原始地层进行盾构机接收三维数值计算模型,研究了盾构接收过程中土层、钢套筒及加固区的变形规律,结合数值计算结果提出了盾构接收施工控制措施。     

成都地铁7号线火神区间盾构选型与关键参数计算分析

盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。     

盾构推进对既有隧道影响的渗流与结构耦合研究

在上海西藏南路越江隧道西线Φ11580泥水盾构近距离下穿上海地铁已建M8线隧道的过程中,通过布置在M8线内的高精度电子水准尺连续采集了大量的可靠数据,清晰地观测到了M8线上行线隧道随着盾构推进-拼装周期产生的隆沉。该文以实测数据为基础,通过渗流与结构耦合数值模拟方法,研究了西藏南路盾构穿越过程中既有M8线位移变化以及周围土体位移与孔压变化。     

盾构隧道管片内力参数化计算Abaqus二次开发

盾构隧道在设计前期需要进行大量工况的隧道管片内力计算,计算时采用梁-弹簧模型可以较为接近实际情况,但采用该模型需要使用有限元软件实现,建模计算过程非常复杂。为了简化盾构隧道管片内力的建模分析过程,文章对Abaqus及其二次开发功能进行了介绍,基于Abaqus有限元软件内嵌的Python脚本语言和前处理接口进行二次开发,实现盾构隧道管片内力建模计算的自动化、参数化,并通过实例证明二次开发极大地提高了分析效率。     

土压平衡盾构的土力学模型与土压平衡控制

根据土压平衡盾构的特点及施工原理,结合隧道设计、施工的具体经验,建立了土压平衡盾构的土力学模型,并采用朗肯理论计算了掘进土压力,提出了土压平衡盾构掘进土压平衡控制策略,确定了土压平衡盾构施工土压力的设定原则和方法,为土压平衡盾构掘进机的设计和开发提供科学的理论依据.     

盾构管片接头三维数值模拟与研究

盾构管片接头作为管片分块的连接部分,是盾构管片结构中的重要且薄弱的局部结构,其力学性能直接影响盾构管片正常运营的安全性。利用三维有限元方法建立了精细化的三维数值模型,采用实体单元模拟了铸铁件管片接头、螺栓、垫片等结构,计算了螺栓表面荷载下管片接头的力学性能和锚筋支座反力,通过3组螺栓位置情况讨论分析了锚筋位置对管片接头结构力学性能以及锚筋支座反力的影响。数值计算结果说明三维有限元法能有效的计算和分析盾构管片接头的力学性能,锚筋位置的改变能明显的影响锚筋支座反力。     

地铁车站基坑盾构井部分围护结构变形的模拟分析

针对地铁车站盾构井处的尺寸变化,以实际工程为依托,采用MIDAS/GTS有限元分析软件建立计算模型,将计算出的墙体位移及支撑轴力数据与现场观测的结果进行对比,分析了盾构井处在不同工况下墙体位移与支撑轴力的变化规律.结果显示:长边方向的连续墙体变形在尺寸扩大处的变形纵向分布较均匀,且其上部变形比同一水平高度的连续墙变形大；在短边方向连续墙体变形则随开挖深度的增加最大位移值位置竖直向下移动,而在某一工况下呈现出以最大位移处为中心,向短边墙体平面四周环向分层扩展的Y轴向漏斗状分布.     

盾构回填土反压平衡法接收施工研究

以福州地铁某区间为例,分析、计算了使用盾构回填土反压平衡法接收施工的可能性,详细研究了盾构到达回填土反压平衡法施工控制技术,为同类地质情况下加固区长度小于盾体长度盾构接收提供了施工方法,具有重要的参考价值。     

盾构法修建隧道地表变形计算研究

引入等代层概念,研究盾构隧道不同埋深、不同盾构机推力对地表变形的影响;介绍应用ANSYS软件进行盾构隧道地表变形计算的建模方法和参数选取,并将计算结果与条件类似工程的实测数据进行了比较分析。     

盾构推进对既有隧道影Ⅱ向的渗流与结构耦合研究

在上海两藏南路越江隧道西线φ11580泥水盾构近距离下穿上海地铁已建M8线隧道的过程中,通过布置在M8线内的高精度电子水准尺连续采集广大量的可靠数据,清晰地观测到了M8线上行线隧道随着盾构推进一拼装周期产生的隆沉.该文以实测数据为基础,通过渗流与结构耦合数值模拟方法,研究了西藏南路盾构穿越过程中既有M8线位移变化以及周围土体位移与孔压变化.     

论土压平衡盾构始发和到达端头加固的合理范围

首先阐述盾构始发和到达端头加固的目的,在简要介绍端头加固计算方法和设计现状后,对端头加固计算方法和设计现状存在的问题进行了详细论述,并结合不同地层情况对端头加固的合理范围进行了分析,认为盾构始发和到达端头加固范围应根据其端头的具体地层情况和盾构设备长度以及土体强度、稳定性等验算结果来综合确定。通过研究进一步明确端头加固的目的、作用和意义,为确定不同条件下盾构始发和到达端头合理加固范围提供参考。