小净距、长距离重叠盾构隧道设计、施工技术

深圳市地铁3号线工程老街站—晒布站区间为最小净距1.6m、重叠及过渡段长度达740双延米的重叠盾构区间,区间设计过程中采用多种软件进行详细的理论分析,确定重叠盾构隧道"先下后上"的施工顺序,研究了上洞施工对下洞的影响范围、影响程度以及为降低和消除这种影响应采取的措施。重叠盾构隧道施工过程中,创造性的采用了液压轮式支撑台车,台车在下洞内随上洞盾构机的掘进同步向前移动,解决了传统重叠盾构隧道临时支撑方案安装和倒运困难的问题。在此对区间设计、施工进行总结,为今后车站、区间设计方案的拟定及重叠盾构隧道的设计、施工提供参考依据。     

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%。     

短期集中荷载作用下伏既有浅埋盾构隧道力学行为分析

某新建立交桥跨越地铁盾构隧道,受跨度影响需架设临时支墩。由于下伏盾构隧道埋深较浅,桥墩的设置及其所施加的荷载将导致赋存于土层中的盾构隧道结构产生附加应力和变形。通过数值模拟分析临时钢便桥支墩集中荷载对隧道结构的内力及位移所产生的影响,以进一步指导施工,规避风险。研究结果表明:所得集中荷载作用下盾构隧道拱顶最大沉降变形与径向收敛变形、隧道衬砌所受内力均未超过控制标准。     

盾构推进过程中刀盘前方土体变形与应力特征研究

盾构法是城市地铁隧道施工的主要工法之一。盾构推进过程中不可避免地引起掌子面土体扰动,进而对盾构前方土体的稳定性产生较大影响,而目前对于盾构推进引起前方土体的位移与应力的研究较少。利用Mindlin解,基于盾构受力特点建立力学模型,推导掌子面前方地层变形与应力计算公式,并将工程实测值与理论计算值进行对比分析,得出盾构推进引起土体位移和应力的影响范围及影响程度。结果表明,掌子面前方土体变形主要受盾壳与土体之间的摩擦力影响,正面推力附加应力引起的变形较小,盾构推进对前方土体的应力主要由摩擦力引起。研究结果可为盾构现场施工控制提供理论和计算依据。     

运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程变形特征分析

结合某地铁区间隧道,研究了运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程中的管片变形特征及其影响。阐述了该区间隧道变形的测量方法与结果。对运营地铁盾构隧道管片收敛整治微扰动施工过程中产生的隧道变形进行了实测,并选取下行线测试数据进行分析。结果表明:自注浆开始至注浆结束,由下行线监测区间微扰动注浆施工引起的隧道管片形状由压扁状逐渐向撑圆状变化;受水平位移和道床沉降影响的隧道管片范围为10环,受收敛位移影响的隧道管片范围为20环;受注浆施工叠加影响,隧道管片最大的水平位移、水平和竖直收敛及道床沉降均发生在注浆区间中部位置。     

考虑施工过程的土压平衡式盾构隧道掘进数值分析

研究目的:通过建立三维有限元模型,对土压平衡式盾构隧道掘进的施工过程进行模拟,模拟中考虑了盾构机作用、盾尾空隙及注浆的影响、后方台车重量等因素,并采用了位移控制的求解方法.该计算模型可以用于探明地表或地中位移的大小和分布情况,以及地层移动随盾构机掘进的动态变化规律.研究结论:盾构掘进时地表沉降主要在盾构机前方1D到盾构机后方2D的范围内产生,随着埋深的增加,地层受盾构机的扰动也大.盾尾空隙的存在是造成地层移动的主要原因.盾构掘削面到达前,地表将沿着盾构机推进方向产生移动,该移动在盾构通过时受地层沉降的影响会先减小后增大,并在隧道建成后出现最终的最大值.     

盾构双线隧道下穿通信铁塔近接影响分析

地铁双线隧道盾构下穿通信铁塔,风险程度较高。研究盾构近接施工对铁塔位移的影响,对于保证施工中铁塔稳定具有重要意义。以天津地铁6号线盾构隧道下穿通信铁塔为例,通过有限元数值分析软件ABAQUS对盾构施工过程进行模拟。将地表沉降计算值与地表实测值进行对比,验证盾构模拟的合理性。对地铁双线隧道不同位置处下穿通信铁塔时铁塔位移变化进行研究,得到各位置处铁塔位移分布规律。同时分析铁塔受影响较大区域,结果表明在左线隧道开挖过程中,距隧道中心2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大;右线隧道开挖过程中,左线隧道左侧2倍洞径至右线隧道右侧2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大。     

上下重叠地铁盾构隧道施工对邻近建筑物影响及控制措施研究

在城市地铁施工建设过程中,经常会出现地铁隧道下穿建筑物的现象。为研究地铁隧道下穿建筑物对建筑物的影响,依托某地铁区间隧道工程,采用数值模拟的方法,对注浆加固前和注浆加固后盾构掘进(先下洞后上洞)地下室底板沉降和承台沉降及桩基变形进行分析。通过分析得知,重叠隧道在隧道开挖过程中,应采取注浆加固等手段,来控制各项变形指标,减小盾构开挖对建筑物的影响。     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

盾构机夹轨自进式过站及回填式始发施工技术

在地铁盾构隧道施工中,盾构机过站及二次始发是盾构施工常见重要环节,盾构机到达接收后,盾构机过站,然后二次始发盾构掘进,不同的环境中,有不同的过站形式和方法,在软弱地层暗挖隧道内始发风险极大。本文以昆明地铁6号线为例,采用锁紧装置将油缸锁固在轨道上,通过泵站及千斤顶,实现盾体"自行走"过站;在软弱地层暗挖隧道内始发采用回填式盾构始发,提前封堵洞门,提前建立土压,有效地防止始发时土压力降低而产生的提前沉降,为同类工程施工提供借鉴。     

列车振动对地铁重叠隧道结构力学行为的影响

以深圳地铁3号线红岭中路站~东门中路站两个盾构区间小净距空间重叠隧道段为背景,采用有限元数值模拟研究手段,对小净距空间重叠隧道运营过程中上洞列车通过时,上、下两洞结构的力学行为进行数值模拟研究,得出了由于上洞列车振动引起下洞各点附加加速度变化的最大值位于下洞拱顶内侧以及引起地层附加位移较大区域的分布范围等结论,直接指导设计。     

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析

基于土压平衡盾构隧道关键施工要素分析,提出1种可进行渗流—应力耦合分析的精细化数值模拟方法。依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程,模拟分析关键施工参数对地层及结构变形的影响规律,并通过实测数据验证模拟结果的合理性。结果表明:通过向盾壳单元施加恒定节点速度模拟盾壳—土体摩擦作用,能够反映盾壳—土体界面的真实剪应力状态,避免盾壳姿态发生倾斜引起附加土体位移;通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)模拟同步注浆过程,能够反映浆液引起地层孔压边界的改变;开挖面支护压力的增大可一定程度减小地层沉降和管片环椭圆化变形;盾壳—土体摩擦力的增大将显著增大刀盘前方地层的隆起、盾尾后方地层的沉降、地层沿隧道轴向和横向的水平位移以及管片环椭圆化变形;同步注浆量的增大可有效减小地层沉降、地层沿隧道轴向的水平位移以及管片环椭圆化变形。现场实测数据与数值模拟结果具有很好的一致性,验证了数值模拟方法的合理性。     

地下通道上穿既有地铁盾构隧道的数值分析

针对地下过街通道上穿地铁盾构区间隧道所设计采用的WSS法注浆加固措施，通过对整个施工过程进行模拟研究，预测分析由于CBD通道的施工扰动，使盾构区间隧道产生的位移变形情况，评估由于地下通道的开挖对地铁10号线国贸站-双井站区间盾构结构的影响，以及WSS工法在地下工程近接施工中的加固效果．     

海瑞克盾构机盾尾密封漏浆的原因分析及对策

结合深圳地铁罗宝线土建六标区间隧道的施工,详细介绍海瑞克盾构机盾尾密封漏浆的常见原因和处理方法,盾构机盾尾漏浆涉及到盾构施工的注浆压力、注浆量、盾构机的掘进姿态、地质状况、盾尾油脂、管片拼装等多种因素,该工程中盾构机盾尾漏浆的主要原因是由于管片拼装变形和错台而在管片纵缝处形成了漏浆通道,采用在每块管片两头止水条下部粘贴海绵条封堵漏浆管道,取得了较好效果。     

砂卵石条件下盾构施工隧道地表沉降规律分析

按照盾构施工引起的地层扰动机理及变形特点,盾构施工隧道地面变形主要由盾构推进对周围土体扰动引起,根据盾构机所处位置将砂卵石地层盾构施工对周围地层的扰动分5个部分:盾构机到达之前的地面变形、盾构到达时地表变形、盾构机通过阶段的地表变形、管片脱出盾尾阶段的地标变形和地表后期固结阶段的变形。结合实际监测工程分析了各个变形阶段地表变形特点,探讨了影响地表沉降的主要因素。     

不同工况下盾构始发掘进的数值分析

结合南京地铁十号线过江隧道东端头盾构始发工程,介绍了该工程实际采用的加固方式及工艺,并对不同工况下盾构始发掘进进行了数值模拟分析,为始发施工安全提供参考依据.数值模拟结果表明:当封门凿除后,土体向工作井内移动,盾构推进方向最大位移发生在暴露掌子面的中心处,达到16.00 mm,强加固区土体的变形不是板块受压变形;凿除封门以及盾构完全推进加固区工况下对地面几乎无影响,盾构即将离开加固区时地面位移有所增大;除了与管片的接触部分,加固区土体受力均在设计值范围之内,并且有较多富裕;盾构机在脱离加固区时不会产生明显的“磕头”现象.     

双孔隧道盾构施工对邻近桩基变形和内力的研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发，利用内嵌FISH语言编程，主要从隧道的不同开挖顺序方面，对双孔隧道盾构施工过程中邻近基桩的变形和内力进行数值仿真模拟，模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。研究表明：双孔隧道施工对邻近桩基的影响要大于单孔隧道施工对桩基的影响；隧道不同的开挖顺序对邻近桩基的位移和内力产生不同影响：先开挖离桩远的隧道，再开挖离桩近的隧道的方案，对桩基的内力和位移影响最大；两条隧道同时开挖对桩的内力和位移基影响最小。     

盾构隧道近距离侧穿桩基的数值计算与分析

采用三维有限元的方法对盾构隧道近距离侧穿桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基变形和附加应力的变化规律,模型中实现了对盾构施工过程的模拟。计算结果表明,盾构隧道施工时,既有桩基将产生沉降、倾斜和附加应力。对桩基的变形和附加应力影响最大的是盾构位于桩基前方1D到盾构位于桩基后方1D这一区段,增加掘削面推力将会增加盾构机通过时桩基的倾斜值,但对桩基的最终倾斜值的影响不显著。     

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...     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工对策研究

为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全,利用三维数值有限元软件精细化建模,考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响,多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应,判定上部交叉运营地铁隧道所受影响并给出合理的注浆压力和掌子面压力参数。工程实际中利用莱卡TS30监测机器人建立了自动监测系统,对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果得到:(1)掌子面压力越大,既有隧道沉降越小,运营隧道左线仰拱沉降最大,仰拱最大沉降范围为3.4～3.7 mm;新建隧道左线线路中线所对应的地表最大沉降范围在1.9～2.1 mm之间。(2)注浆压力越大,既有隧道沉降越小,左线拱顶最大沉降范围在2. 6～3. 6 mm;新建隧道左线线路中线所对应的地表最大沉降范围在1～2. 1 mm。(3)盾构隧道在下穿运营地铁1号线过程中,邻近运营隧道拱顶最大沉降范围在2～3.5 mm,远小于10 mm,可确保运营隧道安全。(4)采用选取的注浆压力0. 3～0. 36 MPa与土仓压力0. 1～0. 13 MPa下施工,盾构隧道穿过运营隧道后,运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm,轨道沉降值小于10 mm,符合要求,运营隧道安全。最后,提出了相应施工对策:在盾构下穿既有隧道施工时,应减少超挖、适当选取盾构施工参数、盾构快速通过近接区和实时监测反馈施工。