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。     

地铁盾构隧道下穿既有桥群桩基础保护方案研究

根据沈阳地铁十号线某盾构区间隧道近距离下穿既有桥梁群桩基础的工程实例,结合既有桥梁的结构形式、现场周边环境条件、工程位置地质条件、新建盾构隧道与既有桥桩位置关系以及现场作业空间及施工条件,综合确定适合本工程的扩大板基础托换方案,并通过理论分析及数值模拟计算,进一步研究扩大板基础托换方案的合理性。研究结果表明,在盾构正常施工条件下,通过扩大板基础托换的实施,可大幅减少盾构隧道施工期间既有桩基的绝对沉降及群桩之间的差异沉降,显著降低下部新建盾构隧道管片的弯矩,改善新建盾构管片的受力条件。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

盾构隧道掘进对砌体结构建筑物沉降的影响

结合杭州地铁1号线某区间隧道工程下穿13栋住宅群的盾构施工,通过右线隧道(先掘进)和左线隧道(后掘进)下穿建筑物整个施工期间的建筑物底部与屋顶沉降的监测及分析,研究盾构隧道掘进施工对地表砌体结构建筑物沉降的影响规律。结果表明:砌体结构建筑物的沉降历时规律有别于天然地表沉降,尤其是后续沉降阶段的下沉量占累积沉降量的比例明显大于天然地表;右线施工稳定之后,砌体结构建筑物底部与屋顶的沉降曲线均基本符合高斯正态分布,左线通过后不再符合高斯分布规律;砌体结构建筑物屋顶的沉降曲线均与其邻近立面底部沉降曲线较为接近;单线隧道施工时,砌体结构建筑物的沉降曲线可用地表沉降Peck公式表达,但两者存在着本质差别,杭州地区砌体结构建筑物沉降槽的地层损失率取值范围一般为0.7%～6.4%,平均值为1.98%,沉降槽宽度参数的取值范围一般为0.36～1.77,平均值为0.78。     

地铁区间隧道下穿既有桥梁的桩基托换研究

以深圳市地铁7号线黄木岗站区间隧道穿越华强立交桥桩基工程为背景,建立有限元模型,研究隧道下穿既有桥梁时桩梁式托换桩的主动托换和被动托换的荷载转化规律及桩基沉降规律。结果表明:被动托换的沉降主要由托换梁的挠曲变形引起,而主动托换时千斤顶的顶升作用可以有效抵消托换梁的挠曲变形;主动托换时,顶升位移为1.68 mm时为最佳截桩位置,此时截桩能有效减小托换工艺对桥梁上部结构影响;被动托换的总体施工前后桥墩柱顶面有较大隆起,不能满足桥面板平顺的要求。研究成果直接用于指导黄木岗站区间隧道现场施工,并可为今后类似工程提供参考。     

基于协同传递效应的盾构隧道穿越对地层与建筑物影响研究

城市主城区中修建大规模的地铁工程时,地下隧道下穿各类建筑物会对隧道上覆地层产生扰动,从而导致周围的建筑物不均匀沉降甚至倾斜开裂,对建筑物的安全构成威胁。文章以深圳地铁13号线盾构施工为工程背景,以隧道穿越的深圳职业技术学院某宿舍楼为研究对象,运用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立隧道-土体-桩基-建筑物三维有限元模型,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降、建筑物变形以及内力的变化进行分析。结果表明：隧道施工引起的地层变形主要集中在隧道上方的土层中,盾构掘进前和盾构掘进后的建筑物梁柱构件内力没有明显改变,隧道下穿建筑物造成的影响是由于盾构施工打破建筑物与基础之间的初始平衡状态,导致建筑物结构产生的附加内力在建筑构件中协同传递而造成的。     

新建隧道下穿施工对既有上卧盾构隧道扰动影响规律研究

针对新建盾构隧道下穿施工时,对既有上卧盾构隧道结构的扰动影响问题,应用非线性接触理论和多尺度混合建模技术,建立三维非连续精细化数值模型,重点分析隧道正交下穿施工扰动下,既有上卧盾构隧道管片与接头受力和变形规律。研究结果表明:新建隧道下穿施工诱发既有上卧盾构隧道整体下沉,表现为隧道结构竖向收敛波动和仰拱沉降显著;纵缝接头变形以张开为主,环缝接头变形以错台为主,且同一环中拱顶处变形最大;环缝接头应力集中明显,靠近交叉点处管片环缝的最大、最小应力均接近混凝土强度设计值,局部裂损风险高;受下部开挖影响,上卧盾构隧道环缝接头螺栓剪应力值增加显著。     

黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术

研究目的:黄土地区某城市地铁2号线盾构施工下穿既有陇海铁路线是一个盾构施工中的I级风险源,为保证地铁盾构施工安全下穿陇海线路,开展了盾构施工穿越既有铁路的变形控制技术研究,以为盾构安全施工提供技术支撑。研究结论:(1)黄土地区地铁盾构下穿既有陇海线路的地表沉降规律:不采取控制措施盾构施工时,路基右线隧道轴线正上方的沉降量为20.48 mm,左线隧道轴线正上方的沉降量为12.85 mm,左右线隧道的轴线上的沉降量均超出了沉降允许值;采取严格控制土压力、盾构匀速通过、严格控制注浆量、减少盾构推进方向的改变等减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施盾构施工时,右线隧道轴线正上方的沉降量为5.44 mm,左线隧道轴线上方的沉降量为4.95 mm,均小于变形允许值。(2)FLAC计算预测的变形规律与实际值基本一致,地表和铁路路基的变形量在允许范围内;减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施合理有效。(3)该研究成果可应用于黄土地区地铁盾构下穿铁路施工变形控制。     

岩溶区隧道下穿居民聚居区沉降变形规律研究

为研究岩溶区隧道下穿居民聚集区的沉降变形规律,采用数值模拟方法,分析了下穿隧道施工效应产生的地层变形对建筑物的影响。结果表明:(1)隧道下穿施工时地层产生了向居民聚集区中心方向的位移,且下穿居民聚集区时地表水平位移影响范围相比无居民区增大25%,但水平位移峰值相比无居民区时减小15.8%;(2)隧道下穿施工造成完全处于隧道正上方的建筑主要发生整体沉降,倾斜率较小,而处于隧道边界线上的建筑物沉降值较小,但倾斜率较大,此外建筑物倾斜率并非随施工一直单调增加,而是处于动态变化之中;(3)隧道下穿施工时处于隧道正上方建筑物基础与地表交界处易发生剪切破坏,应采取注浆加固和超前地质预报等综合措施。研究成果可为今后隧道下穿建筑群的设计和施工提供参考。     

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。     

盾构下穿既有隧道位移控制施工参数多目标优化

盾构施工下穿既有隧道工程建设规模日益扩大,为研究盾构隧道下穿对既有隧道的安全影响和变形控制,建立GA-LSSVM与NSGA-Ⅱ算法相结合的多目标优化模型,以主要盾构施工参数为研究对象,对下穿施工引起的既有隧道底部水平和沉降变形为控制目标,进行施工参数优化控制分析.首先,基于收集的土仓压力、泡沫量、同步注浆量等6个盾构施...     

大轴力桩基托换监测分析

深圳市地铁一期工程百货广场大轴力桩基托换采用梁托换柱的结构型式,托换结构由托换大梁和两根支撑大梁的托换新桩组成,用主动托换方式,在托换大梁和新桩之间安装千斤顶,分级施加主动力。在托换的整个过程中对托换结构进行实时监测,通过反馈监测信息随时掌握托换结构和原建筑物的变形及受力状况,指导安全施工。分别用不同的测试仪测试原建筑物的沉降、梁板附加应力、梁柱接头的滑移,分析梁板附加应力、主动托换力的分配及荷载的转移规律,以及大梁的受力和变形状态。在托换新桩的桩顶垂直于梁轴线方向安装2个位移计,推测桩的沉降及大梁的偏转状况。将所有传感器集成一个自动测试系统,按照制定的监测控制标准,实施自动监测和安全控制。经过对第一根桩的全过程跟踪监测分析表明:托换结构和建筑物的变形及受力控制都在安全标准范围内;主动托换力保持在40%P时进行截桩,可使得托换前后柱的轴力变化和梁柱接头下沉达到最小。     

异型变宽连续梁桩基托换变形监测分析

针对国内首例地铁暗挖隧道下穿异型变宽连续梁桩基主动托换工程,详细介绍了其主要监测项目、监测频率和主要控制值,采用远程自动监测和人工监测相结合的数据监测方式,通过对监测数据的回归分析,得到了整个托换工程中围护桩倾斜变化曲线和桥墩位移变化曲线,并进一步分析了托换过程中的顶升力与变形关系。研究结果表明：施工期间的各项监测结果均在预期范围内,控制效果良好;桩基主动托换桥墩位移容许值的确定,应考虑现有的施工工艺及设备在正常情况下可以达到的水平,以及千斤顶顶升完毕至后期隧道施工完毕可能产生的结构变形;千斤顶顶升阶段被顶升桥墩的竖向位移与千斤顶加载力为非线性关系。     

小间距双线盾构隧道临近高层楼房施工技术

北京地铁10号线三元桥站-亮马河站采用盾构法施工。施工前对双线隧道通过后的地面和楼房基础沉降与隧道内力变化进行计算和分析，提出隧道设置钢支撑、隧道间土体注浆加固的保护措施。针对右线盾构隧道施工，提出合理设置土压力、防止超挖、控制推进速度、加强同步注浆和二次注浆的技术措施。通过对北小街8号楼沉降监测、南小街8号楼沉降和变形监测分析，以及对左线隧道内力变形监测的结果表明，各项数据均在可控范围，隧道质量合格，结构安全，利用辅助措施，减小两条盾构隧道间的水平距离以保护周边建筑物的施工方案可行。     

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%。     

区间隧道长距离密贴下穿既有车站变形特征分析

既有结构在隧道长距离密贴下穿过程中极易受到扰动而产生较大沉降,为分析既有结构的安全性,依托北京地铁19号线区间隧道零距离下穿既有4号线新宫站工程,将数值模拟与现场监测相结合,研究既有结构在施工全过程中的沉降变形特征。结论表明:(1)对地层进行全断面深孔注浆加固可有效控制既有结构沉降;(2)下穿段区间隧道二衬施作引起既有结构沉降最大,施工全过程中既有车站沉降小于3 mm的限值;(3)两侧疏散口沉降集中发生在既有站两侧隧道施工过程中,施工全过程中既有疏散口沉降小于3 mm的限值。     

超静定平台结构二次主动托换设计与施工

杭州运河隧道下穿亲水平台结构,须对平台D轴11根立柱进行主动托换。亲水平台主动托换特点在于"柱—梁"、"梁—墙"两次力的转换。本文介绍了二次托换的设计原则、设计要点、施工过程、信息化施工控制。通过设计优化和施工实践验证,二次托换的关键在于荷载有效转换、变形主动控制、新旧混凝土可靠连接和实时信息化施工指导。     

西安地铁盾构隧道施工对邻近建筑物的影响及控制技术

以西安地铁3号线某区间盾构隧道下穿既有建筑物工程为背景,采用FLAC数值模拟软件对盾构施工引起建筑物变形规律进行预测,计算结果表明盾构施工影响建筑物安全使用。在采取相关减灾技术措施后,保证了盾构施工过程中建工金华酒店的安全稳定,表明盾构下穿建工金华酒店时的减灾技术是合理有效的。     

浅埋暗挖隧道下穿建筑物桩基-筏板托换施工技术研究

城市地下工程的快速发展必然会出现越来越多的隧道下穿建筑物施工的工程案例。受围岩条件及周边建筑环境的影响,隧道下穿建筑物施工过程中可能会遇到地表隆陷、地面建(构)筑物倾倒损坏、地下管线变形破坏、隧道坍塌等多种风险。结合长株潭城际铁路Ⅱ标树木岭隧道暗挖区间下穿高升酒店工程,采用方案比选、理论分析、数值计算和现场实践等方法,确定了隧道下穿施工建筑物的桩基-筏板托换保护方案,并通过现场监测结果论证了所采用技术方案的可靠性。