上软下硬地层盾构施工多源沉降数据演化规律

研究目的:上软下硬地层为城市地铁施工中的一种特殊地质,在这种地层中,盾构施工的条件与已有经验公式的假设条件存在差异,并有可能对衬砌、箱涵与管线结构造成工程风险。因此,有必要基于实际工程的监测数据进行针对性的研究。研究结论:本文基于长期施工监测数据的分析,对于某城市地铁上软下硬地层的盾构施工,有如下结论:(1)本区段单线盾构施工时,横向沉降槽形状会受到施工工况的影响,基本符合Peck曲线,最大沉降值大致位于开挖隧道中心线处,产生了较为显著的地表沉降,最大值接近30 mm;(2)本区段盾构施工地表沉降纵断面沉降曲线形状分为4个阶段,掌子面通过时出现较大日沉降;(3)本区段上软下硬地层盾构施工过程中,因为隧道衬砌、箱涵、热力管线自身具有一定刚度,盾构施工时结构沉降会小于土体沉降;衬砌沉降幅值在[-1,+2]mm区间,箱涵、热力管线沉降幅值在[-12,+1]mm区间;(4)本研究成果可为类似上软下硬地层地铁盾构施工设计与施工提供参考。     

地铁盾构穿越断层施工力学响应研究

以沈阳地铁1号线云沈盾构区间下穿断层带工程为依托,采用三维数值模拟方法,研究盾构区间下穿断层带引起围岩和管片变形特性和力学响应。研究结果表明：地表最大沉降发生在断层区段,且不对称分布,最大沉降2.6 mm,小于标准;洞周竖向变形主要发生在断层中间位置,而水平变形主要发生在地层变化处,容易引起管片错位破坏;工作面到达断层工作面挤出变形最大,断层中间位置次之,穿过断层最小;衬砌边墙和拱底变形基本对称,而拱底下沉沿纵向不对称,位移突变范围为断层内10 m左右,对于两端硬岩管片没有影响,最小主应力和纵向应力在不同地层接头处发生突变,宜加强断层10 m范围内管片衬砌设计参数。     

盾构近距离上跨既有线风险评估研究

为研究城市轨道交通隧道间近距离穿越工况风险,以青岛地铁6号线峨—富区间盾构隧道上跨既有1号线峨—石区间隧道工程为例,该工程具有超浅埋、上软下硬地层、近距离上跨既有线等工程特点,通过有限元计算分析峨—富区间盾构施工对峨—石区间隧道结构变形影响,提出盾构施工风险管控对策,并在实际施工过程中实时比对计算结果。研究表明：峨—富区间盾构施工过程中,峨—石区间隧道结构变形较小,采取地层预加固、试验段先行、自动化监测综合控制对策,盾构上跨顺利通过,过程中峨—石区间隧道结构各项位移值均为正常,最大位移值约为1 mm,为计算值的1.5倍。此研究成果可为今后类似工程提供参考。     

双线隧道盾构掘进对地表沉降影响的数值分析

研究目的:在双线隧道盾构掘进过程中,先开挖隧道地层变形会对后开挖隧道地层变形产生不可忽视的影响,导致双线隧道盾构掘进完成后地表沉降存在差异性。依托天津地铁某盾构区间隧道掘进工程,基于FLAC3D软件建立隧道掘进过程的有限元模型,从隧道开挖变形、地表沉降的角度分析先挖线路对后挖线路变形特征的影响,验证双线隧道盾构施工导致地表沉降的叠加效应。为保证盾构掘进过程中地表沉降不超标,通过数值模拟分析盾构土仓压力、同步注浆量和出渣量等因素对地表最大沉降量的影响,有效指导盾构隧道施工参数的选择,最后通过现场监测数据验证数值模拟结果的正确性。研究结论:(1)前序次开挖隧道对后序次开挖隧道的隧道拱顶沉降与地表沉降均存在叠加效应影响,后序次开挖隧道的拱顶沉降及地表沉降均略大于前序次隧道的对应沉降值;(2)数值模拟结果与现场实测结果的对比显示,实测地表沉降值相比数值模拟计算值分别高出5. 78 mm、4. 97 mm,隧道的管片沉降实测值与计算值误差均在5%以内,数值模拟计算误差均处于可控范围内,一定程度上验证了数值模拟结果的正确性;(3)本研究结论在城市地铁盾构(TBM)法施工领域,对地表沉降控制方面的机理研究和实践操作有较好的应用效果。     

海底盾构隧道双层衬砌 柔性垫层研究

针对大连地铁5号线工程梭鱼湾南站单洞双线盾构区间隧道施工建设问题,探讨岩溶发育区海底隧地铁盾构隧道支护技术。考虑岩溶发育地区工程地质情况复杂及在特殊工况,如地震作用下,结构发生附加变形时的隧道安全,提出使用盾构隧道双层衬砌结构及柔性柔性垫层,通过理论分析、数值计算等方法,分析一定强制位移条件下,不同厚度及密度的柔性垫层对盾构隧道双层衬砌结构内力分布的影响。研究结果表明：随着材料密度的增加,隧道外衬所受最大弯矩先减少后增加,而内衬所受最大弯矩先增大后减小。相同密度情况下,随着材料厚度的增加,外衬最大弯矩逐渐增大,内衬最大弯矩逐渐减小。当柔性垫层材料性能适中能提供充分的协调变形空间时,隧道内外衬砌能合理分配结构附加变形产生的内力,从而大幅提高隧道支护的安全性能。     

长沙地铁越江隧道穿越岩溶地层关键技术研究

研究目的:长沙地铁3号线阜埠河站-灵官渡站区间是穿越湘江及江中橘子洲的越江隧道区间,江底存在不同程度的岩溶发育区,工程及水文地质条件复杂,实施难度大。长沙地区尚无越江隧道长距离下穿江底岩溶强发育区先例,为解决复杂岩溶水底隧道穿越技术,降低施工风险,实现隧道穿越水下岩溶地层,本文对复杂岩溶水底隧道关键技术体系进行研究,以期为类似工程建设提供借鉴。研究结论:(1)对于越江隧道,通过确定合理过江线位方案,绕避岩溶区,能有效地减小岩溶穿越区距离,降低工程风险;(2)岩溶区越江隧道采用泥水盾构掘进工法,工程风险更为可控;(3)对于岩溶处理平台采用水上钢平台,能有效地减小岩溶处理产生的环境影响;(4)岩溶注浆处理通过制定合理注浆方案、注浆参数,保证溶洞处理效果并控制投资;(5)盾构掘进过程需合理控制,工筹安排应结合试验段开展,精细化控制盾构掘进过程;(6)本文关键技术体系对其他同类地层隧道施工具有一定借鉴作用。     

超临界桥桩基施工对既有隧道影响数值与实测分析

某新建立交桥多次跨越地铁盾构区间隧道,其桩基基础工程离盾构隧道结构较近,属于近接施工。在新建立交桩基施工过程中,由于钻孔扰动、施工荷载等因素会引起地层产生移动和变形,导致附存于地层中的区间隧道结构随之发生移动和变形。通过数值模拟,分析桥梁桩基施工对隧道结构的内力及位移影响,进一步对桥梁设计及施工方案进行优化,以减小近接施工的影响,规避一定量风险。通过数值模拟软件Midas/GTS计算得出的管片位移、盾构隧道拱顶最大沉降变形与径向收敛变形均未超过控制标准,其模拟计算结果与现场监测数据基本相符。     

地铁运营隧道收敛变形分析

结合上海轨道交通2号线人民广场站-南京东路站区间隧道,研究了地铁运营隧道收敛变形及其影响.阐述了上海轨道交通2号线人民广场站-南京东路站区间隧道收敛变形的测量方法与结果.结合改进的盾构管片接头模型对地铁运营隧道进行数值模拟计算,给出不同水平径向收敛时的管片内力数值.通过实测地铁运营隧道水平径向收敛变形,结合数值模拟和最大裂缝宽度理论计算结果表明:该区间上行隧道水平径向收敛普遍较大,最大可达77 mm.衬砌管片的弯矩和裂缝宽度与水平径向收敛变形密切相关.通过理论计算,不同水平径向收敛变形时的裂缝宽度为腰部最大,拱底次之,拱顶最小.     

地铁盾构区间穿越砂层及下穿既有建筑物影响分析

以青岛地铁1号线汽车北站-流亭机场站盾构区间穿越软弱砂层及下穿建筑物为背景,分别建立两个数值模型进行模拟分析,并与监控量测结果进行比对,研究盾构施工引起围岩扰动的变形情况和既有建筑物的沉降情况。数值计算结果表明,盾构掘进过程中,两个模型的沉降峰值均发生在隧道拱顶正上方,各施工步序中,拱顶的下沉量大于地表沉降量和建筑物下沉量。监测数据表明,地表累计沉降的最大值发生在隧道左线和右线正上方,分别为-11. 9 mm、-13. 1 mm,建筑物累计沉降值为-13. 1 mm,符合安全控制标准。     

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。     

盾构隧道衬砌结构计算模型探讨

研究目的:目前被工程界广泛采用的隧道拱底为压缩弹簧形式的衬砌结构计算模型,缺少相应的理论支撑,得到隧道拱底处相对较小的衬砌内力,以及隧道拱底的沉降变形趋势,与实际情况不符,且可能导致拱底处衬砌结构安全系数偏低。为了进一步加强衬砌结构设计的准确性与可靠性,对不同的衬砌结构计算模型展开对比分析,指出该模型被广泛采用的根本原因,并提出合理的计算模型。研究结论:(1)隧道拱底的地基反力形式与拱底位移趋势密切相关,当拱底呈隆起变形时,地基反力仅由反作用力组成,当拱底呈压缩变形时,地基反力由反作用力与地基压缩抗力两部分组成;(2)对于盾构法隧道,应采用拱底为反作用力形式的衬砌结构计算模型,该模型能准确地反映衬砌的受力特点与位移趋势,可以有效克服隧道拱底处安全系数不足的隐患;(3)提出了基于拱底地层位移趋势的拱底作用力形式以及相应的荷载-结构计算模型;(4)研究成果可用于盾构法隧道、矿山法隧道、明挖或暗挖的地铁车站等地下工程。     

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%。     

地层空洞影响下地铁盾构隧道衬砌结构响应试验研究

为探究盾构隧道管片背后空洞对隧道结构的影响,采用模型试验手段,考虑空洞形成过程,分别就无空洞,拱顶、拱腰、拱底背后空洞4种工况下衬砌结构变形、受力、与地层接触压力的响应规律进行研究.研究结果表明:无空洞时,衬砌受到均匀的地层压力,同时地层也提供给衬砌充足的地层反力,管片内力呈"对称式"分布.有空洞时,空洞的存在改变了衬...     

北京地铁16号线区间隧道下穿4号线施工变形模拟分析与控制

以北京地铁16号线下穿4号线为工程背景,通过数值计算及现场监测研究城市地铁隧道中新旧地铁间的穿越施工的相互影响,并对既有地铁变形进行了安全评估。研究结果表明:既有隧道沉降计算值与实测值吻合较好且变化规律一致;隧道穿越施工导致的既有隧道沉降最大值发生在新建隧道的正上方,既有隧道最终累计沉降曲线呈W形;既有区间隧道结构内力变化较小,满足结构承载能力要求;既有区间隧道上下行结构最大累计水平位移变化量分别为0.35,0.39 mm,水平位移均未达到预警值。根据隧道变形的安全性评价提出了相应的施工防控措施,为类似双线盾构隧道下穿既有隧道的变形影响提供借鉴。     

深圳地铁隧道邻接施工沉降数值模拟研究

研究目的:针对深圳地铁新建隧道邻接既有隧道工程,利用FLAC3D软件进行施工过程模拟,探讨新建地铁区间隧道施工过程中新建隧道周边地层位移、既有隧道施工沉降、地面沉降、新建与既有隧道的安全等问题.研究结论:在本地质条件和特定盾构推力情况下,地面最大沉降12.9 mm,最大隆起值0.7 mm,变形量满足设计要求;既有隧道施工结束并完成相应固结沉降最终沉降值为1.8 mm,地表沉降槽宽度约60 m,沉降曲线相对平坦,满足既有隧道横向差异沉降要求.     

矿山法OC型断面在反向开挖隧道中的应用

研究目的:为解决矿山法隧道反向开挖的施工问题,本文以乌鲁木齐国际机场～T4航站楼区间为例,提出OC型断面解决隧道反向开挖的施工方法,通过Midas-GTS数值分析其断面的受力性能、施工过程,并通过现场实施加以验证。研究结论:(1)由于受到场地限制,本文提出的OC型断面减少了渡线段的起拱高度,减少了结构跨度,同时相应地增加了拱顶的覆土厚度和侧面的建(构)筑物距离,更好地控制地层变形,降低了工程风险;(2)对OC型断面进行了承载能力极限状态和正常使用状态验算,构件尺寸和配筋均满足现行规范要求,且小于单洞双线大断面;(3)通过Midas-GTS数值模拟,分析了OC型断面开挖全过程对周边地层的影响,最大沉降3. 61 mm,施工现场实际监测最大沉降3. 07 mm,均小于预警值7 mm,OC型断面能较好地控制周边地层的变形;(4)本文研究的成功应用,可降低传统的单洞双线隧道反向开挖的风险,同时可节约工程投资,对在城市繁华区域修建地铁工程具有借鉴意义。     

隔离桩桩径对基坑开挖引起既有地铁隧道位移的影响

以杭州市一深基坑工程为背景,采用ABAQUS有限元软件建立三维数值模型,分析隔离桩半径对既有地铁隧道位移的影响。研究结果表明:基坑开挖最终引起了隧道衬砌竖向位移约4 mm,水平位移约1 mm,与实测值相吻合;隧道衬砌位移最大值位于衬砌拱底,最小值位于衬砌拱顶,衬砌变形整体呈沉降的趋势;靠近基坑一侧隧道衬砌总位移比另一侧略大;隔离桩的半径越大,基坑开挖对既有地铁隧道的影响越小。     

砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护效果研究

以北京地铁12号线区间下穿京张高铁盾构隧道为工程背景,数值模拟了砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护工法的地层变形控制效果,探讨了预支护方法对下穿工程地层变形规律、地表沉降规律、盾构管片变形规律、塑性区分布以及管棚受力特征的影响。结果表明:下穿工程地铁施工引起上部高铁盾构管片最大变形区在双区间中心截面±15m范围内,这是布置超前支护以控制地层变形的关键区;深孔注浆加固条件下增设超前管棚,可减小拱顶围岩塑性区开展范围,改善注浆体受力状态,有效降低隧道中上部围岩变形;超前管棚和深孔注浆复合预支护可充分利用深孔注浆的拱效应,又可利用管棚的梁效应,发挥各自力学优势,联合承担上部围岩压力。     

浅覆土盾构隧道近距离侧穿地下承重桩施工技术

济南地铁某盾构区间近距离侧穿紧邻车站主体结构尚未施工完成的地下承重桩基,承重桩基底板距离区间隧道拱顶最近处3.3m。盾构穿越区域采用三重管高压旋喷注浆对地层进行预加固,衬砌结构采用冗余注浆孔管片,采用土压平衡掘进和足量同步注浆,管片脱出盾尾后及时二次注入双液浆以进一步提高管片的稳定性等技术措施,这些技术措施可有效控制地面沉降,规避盾构掘进对地下承重桩基的不利影响。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.