盾构隧道穿越江底溶洞发育区若干关键技术探析

地铁盾构区间穿越江底岩溶发育区在全国尚属首例,难度极大。以长沙地铁3号线为工程依托,总结盾构区间穿越湘江下方溶洞群的关键技术。湘江西河汊320m范围内串珠状溶洞集中发育,岩溶水与湘江存在水力联系,盾构施工易引起溶洞坍塌、涌水、机器陷落等突发状况,风险较大,通过工程分析、类比和归纳等方法,提出江底岩溶区盾构工程的风险和重难点,并对溶洞专项勘查、加固方案、注浆参数,特别是串珠状溶洞加固措施以及加固检测标准等进行详细阐述,并结合类似工程实践经验对以上关键技术提出设计施工原则和相关建议。     

盾构隧道开挖过程中溶洞对围岩变形影响的数值模拟

针对大连地铁5号线某岩溶强烈发育区段盾构隧道开挖,运用ABAQUS软件建立三维数值计算模型,分析盾构掘进过程中不同方位的溶洞对隧道围岩变形的影响规律,结果表明:溶洞的存在对隧道围岩变形影响显著,隧道围岩有向溶洞存在方位倾斜的趋势;隧道开挖完成后,塑性区隧道与上部、侧部溶洞围岩未贯穿,下部溶洞产生贯穿塑性区,为掘进过程中的最危险部位。     

顶部隐伏充水溶洞隧道施工阶段围岩稳定性分析

结合某岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件对顶部存在水压充填溶洞的某隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势。随着隧道接近并通过充水溶洞,拱顶和墙脚两处围岩最大主应力先减小后增大,拱肩处一直增大,拱腰和仰拱底处先增大后减小,主应力最大值位于拱肩区域,其值约为3.0 MPa。     

盾构隧道穿越湘江溶洞区工程风险分析及应对措施探讨

结合长沙地铁3号线阜埠河路站—书院路站区间工程,为确保盾构隧道安全穿越湘江溶洞区,通过优化具体设计方案,分别从线路平面设置,盾构机选型及设计,溶洞江面处理方案及施工工期方面进行探讨,提出合理的线路平面设计和溶洞江面处理方案,为后续设计及施工提供参考。     

溶洞分布对城轨交通盾构隧道影响规律研究

针对近年来广州、长沙、武汉及云贵等岩溶发育地区地铁工程现状,文章以贵阳市轨道交通3号线为工程背景,采用二维数值模型对溶洞分布影响进行模拟计算分析。经模拟计算分析,得出溶洞不同方位、不同尺寸、与盾构隧道不同净距以及在不同围岩等级中对隧道开挖洞室稳定性、隧道衬砌管片受力的影响规律,以确定贵阳市轨道交通3号线盾构施工中溶洞处理范围,为岩溶发育区城市轨道交通建设提供参考。     

富水流塑软硬复合地层下地铁盾构隧道施工稳定性分析

以长沙轨道交通3号线一期工程地铁盾构隧道侧穿浏阳河大堤为工程背景,研究渗流作用下盾构隧道开挖对地表、地层及河堤变形的影响,进而提出变形控制方案,并通过实测数据对模拟结果进行验证。研究结果表明:由地下水上浮作用产生的隧道洞周围岩的竖向位移值占总位移值的20%～30%,在实际工程中该因素对隧道洞周围岩位移的影响不可忽略;未采取加固措施时,流固耦合效应下地表沉降不符合规范要求,提出三重管旋喷桩加固地层方案;采取加固措施后,通过对比发现未考虑流固耦合时隧道各关键部位的沉降值误差比考虑流固耦合时要大,这说明将考虑流固耦合效应的数值模拟作为隧道正式施工前的稳定性分析依据更加合理。     

滨海孤石地层盾构掘进的稳定性数值分析

孤石是风化岩残留体硬度高强度大,地层存在孤石是阻碍盾构施工的危害之一.依托厦门城轨交通4号线彭厝北站～蔡厝站区间,针对滨海孤石地层盾构掘进的稳定性进行离散元数值分析,分别研究孤石与隧道距离、隧道埋深、孤石位置及盾尾空隙对地层稳定性的影响.研究结果表明:随着孤石与隧道距离增大,地层扰动范围、拱顶衬砌压力变化及地表沉降都有...     

复合地层曲线盾构隧道施工环境影响分析研究

以南京地铁7号线万寿村站—丁家庄站区间工程为背景,建立复合地层曲线盾构隧道三维数值仿真模型,利用现场实测数据验证数值模型的可靠性.计算分析隧道曲线半径和地层分布对施工环境的影响规律,分析得出曲线隧道施工造成的超挖量对地表沉降影响显著,超挖量越大,沉降量越大,10 m m超挖量会导致约2.08 m m的沉降增量;隧道于复...     

复合地层双线盾构施工诱发地表沉降规律分析

为探索复合地层中双线盾构隧道施工诱发的地表沉降规律,首先基于地表沉降监控量测数据验证数值模型的合理性,再基于数值模拟方法,从地层复合比、隧道覆径比和隧道间径比3个角度进行分析,研究表明:(1)总沉降槽宽度、单侧沉降槽宽度、地表沉降及最大地表沉降差异率均随地层复合比的增大而增大,随覆径比的增大而减小,且差异明显;(2)间...     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

溶洞分布部位对隧道稳定性影响的数值分析

定量研究不同分布部位的溶洞对隧道围岩位移场、应力场、塑性区分布规律及支护结构受力特征的影响,从而确定对隧道稳定性最不利的溶洞分布部位。以宜万铁路某岩溶隧道为工程背景,利用有限差分软件FLAC3D研究隧道周围无溶洞以及溶洞位于隧道侧部、顶部和底部4种工况下隧道围岩稳定性及支护结构受力性状,得出溶洞位于隧道侧部时对隧道稳定性最不利。     

盾构浅覆土下穿河流施工地层稳定性研究

盾构浅覆土穿越河流施工极易发生地层失稳,造成较大工程风险。依托宁芜铁路扩能改造工程,开展盾构机浅覆土条件下穿河流换填地层稳定性研究。基于工程参数建立三维有限元模型,模拟河道换填加固后盾构施工诱发地层的位移过程,分析换填地层扰动变化规律;根据换填混凝土以及河道地层物理特性,采用解析法和数值分析法开展盾构施工参数对地层稳定性影响研究。研究结果可为后续盾构浅覆土下穿换填河流地层稳定性控制提供理论依据和工程应用价值。     

盾构隧道管片施工力学性能三维数值模拟研究

研究目的:施工阶段的管片外部荷载系统和力学性能与正常使用阶段相比均表现出较大差异,大量工程经验表明,管片在施工阶段破损的概率要远远高于正常使用阶段。本文通过建立考虑环、纵向接头不连续性的三维盾构隧道有限元模型,针对注浆压力、千斤顶推力以及拼装方式三个施工要素进行研究,拟为盾构施工提供合理的意见。研究结论:分析结果表明,在施工阶段,由于管片外部荷载沿隧道纵向有差异且接头存在非连续性,管片的力学性能沿隧道纵向存在较大差异,各环变形特征也不尽相同,与传统均值连续模型相比亦存在较大差异,注浆压力、千斤顶推力对施工阶段管片力学性能有较大影响,管片在错缝、通缝拼装条件下表现的力学性能存在较大差异,综合来看,错缝拼装结构相比通缝拼装具有更好的结构整体刚度。     

软土盾构隧道横断面变形规律及控制限值研究

研究目的:盾构隧道横断面变形对结构安全具有深刻的影响,变形过大会导致隧道接缝张开及渗漏、管片开裂,甚至导致横断面限界不足、隧道结构承载能力散失等,而盾构隧道修复加固代价高昂,为了确定合理的管片修复时机,在保证隧道安全性的同时兼顾经济性,需对隧道横断面变形规律及限值展开研究。研究结论:本文在隧道变形影响因素分析的基础上,得出如下结论:(1)横断面变形的根源在于隧道竖向和水平荷载比的增大;(2)以南京地铁二号线盾构隧道管片结构为背景,采用数值模拟的方法研究了隧道横断面变形规律,建立了不同拼装方式下隧道水平直径变形量与接缝最大张开量、最大螺栓应力、最大混凝土应力之间的关系,进而提出了隧道横断面变形控制限值:对于通缝隧道,水平直径变化量大于123 mm时螺栓达到极限强度值,对于错缝隧道,大于127 mm时螺栓达到极限强度值,此时隧道安全性将受到极大威胁;(3)本研究成果可为隧道横断面变形管控措施及修复时机的确定提供参考。     

全断面硬岩及地层转换时地铁盾构隧道掘进参数分析与优化控制

针对某地铁区间地层为全断面硬岩、软硬混合地层及残积土层复合地层条件下盾构施工遇到的技术难题,通过盾构掘进参数分析,得到了硬岩段及地层转换时施工参数的变化规律。通过采取刀具优化配置、合理安排刀具更换时机、掘进模式选择、掘进参数合理匹配、同步注入泡沫及跟踪二次注浆等措施,实现了在硬岩段间杂软弱岩的地层中及软硬岩地质界面处盾构快速、安全掘进施工,拓宽了盾构的应用领域。     

既有埋地管道对盾构隧道周围地层沉降的影响分析

运用FLAC3D有限差分分析软件,从地层横、纵向沉降2个方面分析既有埋地管道对盾构隧道周围地层位移场的影响.结果表明:既有埋地管道对隧道周围地层的位移场有着较明显的影响;既有埋地管道上方地表与地层的横、纵向沉降量均明显小于无埋地管道的情形,地层越靠近既有埋地管道,地层位移场受到的干扰影响越大;既有埋地管道明显阻碍了地层纵向沉降曲线按累积概率曲线形式发展,致使隧道开挖面与既有埋地管道之间的地层沉降曲线出现堆积现象,而且屏蔽了既有埋地管道另一侧地层沉降的发展.     

盾构隧道管片结构纵向错台研究

盾构隧道通缝拼装管片结构的错台一直是困扰盾构隧道施工的技术问题，且由错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显，并直接影响到工程质量。以上海轨道交通二号线西延伸段盾构隧道工程为背景，采用现场监测和数值计算方法对盾构推进过程中管片错台进行分析，获得了管片结构错台发生及发展的变化规律。进一步探讨了盾构千斤顶的顶力对错台大小及发展规律的影响，为盾构施工中减小错台，提高施工精度和质量，以及盾构隧道设计施工提供依据。     

高速铁路上郭关隧道施工遭遇大型溶洞的处理方案研究

高速铁路上郭关隧道在施工中遭遇了大型溶洞,溶洞由6个形态各异的溶洞大厅组成,有必要研究既安全又经济的溶洞处理方案。首先根据溶洞大厅的大小与位置,设计现浇套拱衬砌支顶、埋设钢筋混凝土管涵与施作护墙支挡3种处理方案;然后数值模拟不处理溶洞、处理溶洞、处理溶洞并考虑水渗流影响等情况,对比多种工况下的隧道受力变形,分析溶洞处理效果,并提出施工建议;最后将溶洞处理方案应用于工程实践。结果表明:隧道变形在安全范围内,隧道顺利通过岩溶区,证明采取的溶洞处理方案切实可行。     

基于复合地层表征参数的盾构隧道地面沉降预测分析

隧道盾构掘进过程中,复合地层围岩的特殊性质通常难以明确地量化表征,却对地面沉降影响甚大.针对这一问题,引入地层复合指数作为描述复合地层特征复杂程度的表征参数.依托某工程隧道地层组段的多项物理力学参数的数据特征,提出将复合地层变形模量的加权变异系数设置为地层复合指数;应用有限层法理论,分析复合地层中盾构掘进的有效推力、水...     

软弱地层超大矩形顶管盾构隧道开挖面稳定性研究

为保证超大矩形顶管盾构隧道开挖面稳定,本文以某超大矩形顶管盾构隧道工程为背景,建立了软弱地层超大矩形顶管盾构隧道模型,研究了不同内摩擦角因子、黏聚力因子、埋深因子时开挖面位移和支护应力差率曲线,结果表明：（1）埋深因子越大,相同支护应力差率m下矩形顶管盾构隧道开挖面位移越大,开挖面主动破坏时m越小,被动破坏时m越大;（2）黏聚力因子越大,相同m下矩形顶管盾构开挖面位移越小,开挖面主动破坏时m越小,被动破坏时m越大;（3）内摩擦因子越大,相同m下矩形顶管盾构开挖面位移越小,开挖面主动破坏时差率m越小,被动破坏时m越大。研究结论可为类似工程提供参考。