不同隔离措施在阻隔盾构施工引起地层变形试验研究

以京张高铁清华园大直径泥水盾构隧道工程为背景,重点探究盾构掘进过程中竖向隔离措施对于地层变形传播的阻隔特征。实测3种竖向隔离结构包括钻孔灌注桩、复合锚杆桩及门型墩的位移及其影响下的地层变形,同时提出衡量隔离措施对地层变形阻隔程度的判别指标,依据此指标发现,门型墩的隔离效果最优、钻孔灌注桩的隔离效果次之、复合锚杆桩的隔离效果最差,但三者的隔离效果的差别并不很明显。同时采用数值方法对隔离措施的隔离效应进行模拟,得出同样类似的结论。本文的研究可以为类似工程中隔离措施的选择提供借鉴,考虑到经济的适用性要求,一般采用复合锚杆桩足以阻隔变形。     

大直径盾构下穿机场高架桥风险控制研究

为了研究地铁大直径盾构穿越北京机场高架桥的风险控制技术,通过数值模拟软件建立大直径盾构穿越机场高架桥有限元模型;对比分析不同的桥梁加固方案,得出最优的加固措施,并通过数值模拟预测采取加固措施时既有高架桥结构的变形值。结合以往的工程经验及该工程实际掘进反馈信息,总结出盾构穿越中合理的掘进参数及控制技术。通过对监测数据的整理,分析既有结构的变形规律,将穿越过程中既有高架桥结构的变形分为4个时期,相关分析结果可为今后类似工程提供理论依据与实践借鉴。     

地铁盾构隧道下穿高铁路基沉降变形特征研究

为降低地铁隧道下穿高铁路基的实施风险,控制工程投资,以北京地铁昌平线南延盾构区间下穿京张高铁路基工程为背景,采用数值计算结合现场检测的方法,对不同隧道埋深条件下盾构隧道小角度下穿铁路路基的路基沉降变化规律、不同隧道开挖顺序对路基沉降的影响、适宜的隧道覆土厚度、加固措施等关键技术问题进行系统研究。研究结果表明：(1)隧道覆土厚度≤3D(D为盾构隧道直径)时,随覆土厚度的增加,路基沉降明显;隧道覆土厚度>3D时,随覆土厚度的增加,路基沉降变化不明显;线路条件许可时,隧道覆土厚度宜控制在3D左右;(2)隧道覆土厚度≤2D时,路基沉降曲线整体大致呈“W”形,随覆土厚度的增加,“W”形底部范围逐渐缩减,由左右线隧道上方区域逐步缩减至左右线隧道中线附近,沉降最大值点位于先施工隧道侧;(3)隧道覆土厚度>2D时,路基沉降曲线整体呈“V”形,沉降最大值点位于左右线隧道中线附近;(4)先开挖右线隧道的路基沉降值要小于先开挖左线隧道的路基沉降值;当隧道覆土厚度≥2D时,不同开挖顺序引起的路基沉降值差异很小,但从有利于沉降控制的角度看,宜优先开挖右线隧道;(5)注浆加固措施是控制沉降的有效手段。     

地铁盾构下穿高层建筑基础的扰动变形影响与实测研究

[目的]城市轨道交通建设中遇到越来越多的盾构穿越或近接高层建筑施工的案例,而盾构法因其特殊的施工工艺不可避免对地层产生扰动,严重时可能会影响既有建筑的结构安全,因此需要对盾构穿越过程中隧道及高层建筑的受力特性进行深入研究。[方法]依托济南地铁R2号线生产路站—历黄路站区间隧道工程,采用三维有限元数值方法对双线盾构隧道非同步斜交下穿高层建筑群桩及筏板承台基础的施工过程进行了模拟,并结合现场监测数据分析了地层位移规律、建筑物沉降的变形特征,以及施工时盾构掘进参数的控制效果。[结果及结论]双线盾构隧道先后下穿建筑群桩时,先行隧道开挖引起的地面沉降量较大,后开挖隧道对地层产生的扰动相对较小;盾构通过建筑物正下方时的沉降量最大,随着盾构的远离,其沉降逐渐减少并趋于稳定。由于高层建筑属框架结构,故在临近隧道一侧建筑体区域地层发生了沉降,而在远离隧道的建筑体区域地层呈上浮趋势,但二者的差异沉降量仍在可控范围内。     

地铁盾构隧道下穿既有地铁车站变形控制标准探讨

为研究盾构隧道穿越已运营车站变形控制标准,并对既有车站结构进行安全性评价,以杭州某地铁盾构隧道穿越已运营车站为依托,参考地方标准及类似工程经验,通过分析长期运营监测数据初步探讨相应的变形控制指标;采用经典力学理论以多跨连续梁为模型,进一步分析基础变位作用下结构的受力行为,根据分析结果,提出以极限状态为原则的结构沉降控制标准;最后,运用Midas GTS有限元分析软件,建立三维数值模型模拟施工全过程,并在实际工程中进行监测反馈。研究结果表明,采用基础变位反分析得出既有车站结构沉降指标为-4～6 mm,严于技术标准及工程类比得出的相应指标,盾构穿越已运营车站最大沉降量为2.3 mm,沉降变形在允许可控范围内,验证了变形控制指标的有效性,确保了已运营地铁设施安全。     

既有地铁线路变形控制标准研究

在总结已有典型工程地铁线路变形控制标准的基础上,详细研究了轨道结构和隧道结构变形控制标准的确定方法。轨道结构变形控制标准主要取决于轨道的养护维修规则和扣件类型。隧道结构变形控制标准要考虑施工影响和既有结构当前承载能力两个方面的因素,具体标准数值的确定要经过反复计算。从运营安全的角度出发,隧道结构变形控制标准要服从于轨道结构变形控制标准的要求。最后,讨论了既有线变形控制标准的分解执行问题。     

过江隧道大直径盾构下穿引起的大堤变形分析

应用FLAC3D有限差分程序,并结合现场实测,对直径为11.68m的泥水平衡盾构下穿钱塘江大堤而导致大堤变形的规律进行计算分析,结果表明:受大直径盾构下穿施工的影响,堤顶的最大沉降为30.5mm,沉降曲线最大斜率为0.13%,基本符合变形控制值,说明选取的掘进参数合理、可行;大堤堤顶的横向沉降槽与直径为6.34m的地铁盾构类似,呈高斯正态分布,仍可用Peck公式预估沉降;大堤深层的土体横向沉降槽虽也符合高斯正态分布,但沉降量及沉降槽宽度随深度的变化不如直径为6.34m的地铁盾构明显,因此可近似用堤顶的沉降反映大堤深层土体的沉降;大堤的堤顶及深层土体的水平位移曲线近似呈倒"S"形,最大水平位移出现在地表沉降槽曲线的反弯点处,在施工中应重视大堤深层土体水平位移的监测以及大堤区域内桩基等挡土结构物受到的附加剪切作用。     

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。     

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.     

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。     

地铁盾构区间近距离下穿顶管隧道力学响应及沉降控制标准研究

为解决郑州地铁4号线盾构区间隧道近距离下穿既有交通工程顶管群隧道变形控制问题,采用数值分析和现场监测的手段,揭示了地铁盾构隧道下穿施工对既有顶管群隧道结构变形的影响规律,建立以数值模拟为基础、以隧道管节接缝允许张开量和结构线形允许最小附加曲率半径为控制目标的既有顶管隧道沉降控制标准,并通过现场监测印证了数值计算结果的正...     

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。     

盾构下穿施工变形条件下既有铁路行车限速标准研究

盾构下穿既有铁路施工过程中,受掘进卸载的影响,地层产生沉降变形并波及至地表轨道结构,严重威胁既有铁路的安全、舒适运行,而目前尚缺乏沉降条件下列车安全运行限速控制标准。基于Herze非线弹性接触理论,考虑车辆、轨道、道床和盾构引发的变形之间的相互作用关系,建立列车-轨轨-道床动力耦合模型,并通过Peck沉降曲线来模拟盾构施工造成的地表沉降和道床变形,进而分析轨道最大沉降值为0～25 mm时,列车以100～300 km/h的行驶速度(共计25个工况)通过沉降区线路时的安全性和舒适性指标变化规律,探讨不同沉降变形下的安全行车速度。研究结果表明：列车轮重减载率和竖向加速度随Peck沉降槽深度和行车速度的增大而增加,且以减载率为控制指标;基于轮重减载率的安全性评价指标,并考虑实际工程应用,以25 km/h为间隔,划定了不同沉降量对应的安全行车速度控制标准,为盾构下穿既有运营铁路路基管控运行时限速标准的制定提供直接依据。     

地铁盾构下穿多股道铁路路基变形控制优化研究

为研究盾构下穿铁路时不同加固方案的效果,通过FLAC~(3D)数值模拟,在分析盾构参数对地表沉降影响的基础上,对比研究D型梁加固和管棚注浆加固2种股道加固方案的特点,得到如下结论:地层损失率越低、盾构密封舱内压力越大,地表沉降越小,针对不同工程,应对比选取最佳密封舱内压力以保证整体沉降最小;D型梁的隔离作用优于管棚注浆,但其施工会对股道造成较大扰动;D型梁加固具有一步到位的效果,后期安全系数更高,复杂工程中,D型梁的适用性强于管棚注浆;管棚注浆和D型梁2种加固方案,管棚注浆的经济性和可操作性更强,2种股道加固方案都满足变形要求时,宜优先采用管棚注浆加固;管棚注浆无法满足股道变形要求时,宜考虑D型梁加固。     

浅埋大跨隧道下穿建筑物时的变形控制标准

厦门市机场路一期梧村山隧道,设计为浅埋大跨结构,并要求下穿密集浦南建筑物片区。为控制该区严峻的环境风险,特别是建筑物的变形风险,建立相应的建筑物变形控制标准,通过施工现场试验段、先期施工、开挖、辅助工法的实施,以及全方位的变形监控量测结果,对该控制标准进行工程验证与反馈分析,从而形成可靠、可操作的变形过程控制综合指标,作为下穿建筑物项目风险管理体系的核心要素。研究成果已得到专家组的认可,并在现场开始付诸实施,其控制效果良好。     

基于人工神经网络的大直径盾构隧道施工地层变形预测分析

为了预测盾构施工引起的地表沉降规律,以京张高铁清华园大直径泥水盾构隧道工程为背景,结合盾构试验段隧道掘进过程中地层变形的监测数据,建立基于时间序列的NARNN(不含外部输入)和NARXNN(含外部输入)非线性自回归神经网络预测模型,对重要监测断面测点的隧道掘进过程中地表沉降发展趋势进行预测分析,并与传统时间序列ARMA模型预测结果进行对比,发现NARNN模型、NARXN模型、NARMA模型的预测结果与现场监测数据都比较吻合,而NARNN和NARXN非线性自回归神经网络预测模型精度明显高于传统时间序列ARMA模型,而考虑外部输入的NARXNN模型又比不考虑外部输入的NARNN精度高。因此,在考虑施工方法、地质条件和空间效应(埋深)等外部因素条件下建立的NARXNN模型具有良好的预测效果,能够较好地模拟盾构施工引起的地表沉降规律。     

深埋异形盾构组装洞设计及变形分析

为解决山体内部大埋深、大直径盾构始发难题,提出两段式蘑菇形大断面盾构组装洞设计方案。通过数值模拟对蘑菇形组装洞在不同施工阶段的变形特征进行了探究。研究结果表明：拱顶最大变形发生于所在断面开挖阶段;洞室两侧朝向洞室的变形对上部结构向下变形的限制作用从拱顶向两侧有所减弱;拱脚水平变形呈现出先增大后减小,再增大后减小的趋势,且测点最大水平变形均发生在非所在断面开挖阶段;下断面开挖使得拱脚水平变形逐渐由背离洞室转变为朝向洞室;远离拱顶位置的水平变形受下断面开挖影响更显著;下断面水平变形方向为朝向洞室,且蘑菇头开挖对下断面测点先行位移有显著影响。     

地铁盾构下穿建筑群施工地面建筑沉降控制方案及富水砂-黏地层沉降预测方法

以广州地铁某区间隧道下穿城市密集建筑群工程为例,利用MIDAS GTS NX软件模拟施工过程,研究盾构穿越富水砾砂、粉质黏土和全风化-微风化花岗岩等复合地层时,地层与地面建筑物的沉降规律,并对比分析线间注浆加固和筏板结构加固方案的有效性。研究结果表明：相较于筏板结构加固方案,线间注浆加固方案可显著控制建筑物与桩基持力层的变形失稳及裂隙水渗流损失。所提经验公式法适用于线间注浆加固工况下的地层沉降变形预测。     

地铁隧道下穿既有铁路基础变形控制标准研究

地铁隧道下穿既有铁路施工时,线路基础变形会引起轨道几何尺寸发生变化,从而影响运营安全。首先,基于地铁隧道下穿既有有砟轨道线路路基的工程实际,建立有限元模型对地铁隧道下穿既有铁路变形规律进行分析。然后,以既有线路的轨道高低容许偏差管理值为依据,制定不同速度等级、不同埋深条件下铁路基础变形的控制标准和下穿施工时的沉降速率控制标准,为类似工程沉降控制标准的制定和施工安全管理提供参考。