高压富水砂层超大直径盾构隧道下穿既有地铁影响分析和控制措施

针对超大直径盾构隧道下穿既有地铁线路时引起的地表沉降及既有地铁沉降问题,以北京市东六环拟建隧道下穿既有北京地铁6号线为工程背景,利用有限元软件模拟盾构施工过程获得不同控制位置的变形及应力数据.结果表明:拟建盾构隧道下穿地铁6号线施工过程中,地表沉降及6号线衬砌结构沉降均在变形控制标准内且影响不大,安全风险可控;拟建盾构...     

地铁盾构隧道下穿城际铁路地基加固方案安全性分析

苏州某地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路施工时,原有铁路地基加固方案产生的沉降量不能满足高速铁路的要求,因此,结合原加固措施,采用板+桩组合结构的形式对地基进行加固.对此方案,采用二维有限元法分析不同应力释放率下盾构施工引起的地表沉降规律.当应力释放率为30％时,盾构下穿处板+桩组合结构的沉降量为3.9 mm,满足高速铁路无砟轨道对工后沉降的要求,但此时板+桩组合结构中的加固板将与其下方土体脱离.采用三维有限元方法,对高速铁路轨道结构进行静、动应力响应分析.结果表明:当加固板与其下部土体脱离时,在自重应力作用下,钢轨轨面的最大变形为0.582 mm,满足轨道不平顺的要求;在最大列车动荷载作用下,轨道板和加固板的最大拉应力分别为0 93和1.02 MPa,均小于规范中所要求的疲劳强度修正值.由此可知,在盾构隧道下穿施工时,城际铁路地基采用板+桩组合结构形式的加固方案,是能够保证运营安全的.     

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。     

大直径盾构下穿施工对近邻地面构建筑物的影响分析研究

针对大直径盾构下穿近邻地面设施施工工况,建立考虑地层-隧道-构筑物相互作用的三维有限元模型,真实的模拟了盾构施工过程,系统的分析了盾构掘进对地层和构建筑物的沉降影响、刀盘位置对构建筑物的影响;进一步研究了不同位置桩的桩基承载力受盾构开挖的影响。结果表明:地面及构建筑物的沉降影响主要集中在隧道顶部,影响宽度约为隧道宽加两倍隧道埋深;刀盘正上方的地层沉降速率最大;受盾构施工影响,桩顶桩基承载力增大,桩底桩基承载力减小,当桩位于隧道正上方时,桩顶和桩底的桩基承载力的变化最大。所得结论为减小大直径盾构下穿施工对近邻地面构建筑物的影响有一定的指导作用。     

软弱地层环境下地铁盾构下穿铁路框架桥影响分析及应对措施

文章以杭州地铁 9 号线一期工程下穿沪杭铁路框架桥为背景,建立盾构下穿施工三维数值模型,分析软弱地层环境下地铁盾构隧道下穿施工对铁路框架桥的影响,提出多种确保铁路安全运营应对措施。施工过程中通过现场监测得出的数值分析表明,盾构隧道下穿施工中铁路框架桥最大沉降量为 6.72 mm;进行洞内注浆加固后,最大沉降量降为 4.76 mm;这说明在软弱地层环境下及时进行洞内注浆对抑制铁路框架桥的沉降变形具有显著效果。监测结果还表明,盾构右线施工对框架桥沉降变形的影响大于左线,且铁路框架桥最大沉降达到 6.9 mm;采取应对措施及时进行洞内二次注浆,可有效控制框架桥的持续沉降变形,使铁路框架桥处于安全可控状态。     

新建与既有地铁隧道正交段施工力学行为研究

研究目的:以深圳地铁3号线盾构隧道下穿1号线既有隧道为工程背景,利用FLAC3D软件进行有限元数值模拟施工三维力学行为,探讨施工过程地层应力的变化幅度及影响范围、结构内力及结构安全性,提出确保新建隧道施工和既有隧道运营安全的措施和建议。研究结论:在施工阶段既有隧道附加应力的分布均为以下洞中心线为中心对称轴成左右对称状态,下洞施工过程中会引起既有隧道的沉降和附加应力的增大,目标面盾构隧道管片衬砌最大内力值的位置都在下洞两侧拱腰管片衬砌,应对上下两洞间的地层及时注浆进行加固。当施工结束时,目标面盾构隧道管片的主应力值达到最大。     

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。     

富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有管线变形影响规律分析

以南宁轨道交通2号线某区间盾构双线隧道先后通过与隧道间距不同的管线为工程背景,通过FLAC软件数值计算和现场监测相结合的方法研究了富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对既有临近管线变形的影响规律。结果表明:随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;管线最大沉降量出现在左线隧道中线上方;盾构刀盘通过2倍盾构外径范围后,管线沉降逐渐趋于稳定;管线沉降曲线受右线隧道开挖影响不再符合高斯曲线,同时管线最大拉应力呈增加趋势,而最大压应力呈减小趋势。研究结果可为类似工况下地铁盾构隧道的安全施工提供参考。     

盾构隧道下穿砌体结构住宅群的施工技术

以呼和浩特市轨道交通2号线呼和浩特站—公主府站区间盾构隧道下穿砌体结构住宅群为工程背景,采用MIDAS-GTS有限元软件对盾构隧道下穿砌体结构住宅群进行数值模拟.以砌体结构墙体最大拉应力增量作为评价指标,分析盾构隧道施工对砌体结构的影响.提出洞内深孔注浆加固措施的技术参数,结合现场监测数据,对加固效果进行分析.结果 表明:未采取任何加固措施时,盾构隧道施工结束后,房屋的沉降虽能满足控制要求,但砌体结构墙体最大拉应力增量不满足房屋安全使用要求;采用深孔注浆加固后,墙体的最大拉应力增量可以满足建筑物安全使用控制标准,证明深孔注浆加固技术可以较好地减少盾构隧道施工对砌体结构房屋的影响,保证砌体结构建筑物的安全和正常使用.     

大直径盾构隧道下穿南水北调中线总干渠设计研究

以新郑机场至郑州南站城际铁路盾构隧道下穿南水北调中线总干渠为例,研究下穿段盾构隧道结构、沉降、防水、加强措施、监测方案等设计关键问题,以指导盾构下穿施工。通过模拟不同工况下盾构隧道结构受力,计算确定盾构管片的配筋方案;通过三维数值模拟分析盾构下穿施工对南水北调中线总干渠的影响。考虑南水北调工程的重要性,设计中采取一系列确保总干渠安全的措施。盾构隧道安全、顺利穿越南水北调中线总干渠,各项监测数据及指标满足预期,表明本文提出设计措施有效地控制了盾构下穿施工对总干渠的影响,确保了盾构施工安全和南水北调中线总干渠安全。     

盾构下穿施工对既有隧道影响的数值模拟分析

针对某盾构隧道下穿既有地铁暗挖隧道的施工力学行为进行了三维有限元数值模拟分析。研究结果表明:在盾构推进至距既有隧道边缘3 m前,隧道会发生隆起,且在此位置时隆起量最大,之后开始沉降,在盾构将要穿出既有隧道时,沉降增量最大;隆起量随盾构推力和既有隧道刚度增大而增大,而沉降量与之相反;盾构下穿时,既有隧道结构横截面上会产生扭转,扭转角的大小随盾构推力增大而增大,随既有隧道刚度增大而减小。为确保下穿过程上方隧道的结构安全和列车的正常运行,在距既有隧道边缘3 m时采取措施控制盾构推力和提高既有隧道周围土体的强度非常有效。     

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。     

基于盾构隧道施工力学特性的注浆加固方案比较分析

为了研究隧道注浆加固对盾构施工力学特性的影响,以昆明轨道交通5号线软弱地层盾构隧道下穿采莲河施工为例,运用Abaqus软件建立隧道施工三维计算模型,通过改变注浆范围及注浆压力等参数,提出6种注浆加固方案并对这6种加固方案下地表沉降和管片内力变形进行对比分析.研究结果表明:在该工程地质条件和施工因素下,选择上、下半断面分别局部注浆,并控制注浆压力0.1 ～0.2 MPa时注浆补偿效果最佳,此时地表沉降较未注浆时减小54.3％～66.9％,同时管片拉应力及内侧上浮量均满足控制要求;考虑注浆加固效果对地层弹性模量的直接影响,对其进行了敏感性分析,当注浆圈弹性模量由80MPa增至100MPa时,地表沉降减小了14.78％.故施工中应严格控制注浆质量,保证注浆加固范围及注浆压力在要求范围内,提高施工安全.     

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。     

复杂地质条件下盾构切削建筑物桩基群影响分析

结合广州地铁盾构隧道切削桩基下穿办公楼的工程实例,采用三维模型对复杂地质条件下盾构切桩前、切桩过程、下穿完成全过程办公楼沉降及变形响应进行有限元分析,并对比盾构下穿全过程现场实测数据.结果 表明:盾构切桩下穿办公楼过程沉降及变形在规范允许范围内,不会影响建筑物的正常使用;在盾构下穿过程后,建筑物会持续沉降约20天,沉降值较小.建议管片设计计算桩端荷载时考虑桩侧摩阻力受盾构影响的损失,以保证管片结构及建筑物的安全.     

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%。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

矿山法隧道下穿既有盾构隧道微变形控制技术

北京地铁8号线矿山法隧道下穿既有运营10号线盾构隧道时,采用MIDAS/GTS NX有限元软件对穿越施工过程进行三维弹塑性数值模拟,研究锁扣管幕与全断面深孔注浆条件下隧道开挖对既有结构的影响。结果表明:管幕施工导致的既有结构沉降约占既有结构最终沉降量的40%;受左右线施工先后的影响,新建隧道上方既有结构沉降略显不对称;既有结构纵向沉降呈双凹槽形,最大沉降出现在左线隧道中心线正上方,最终沉降量为2.56 mm,满足结构沉降控制的要求。经实际工程验证,锁扣管幕与深孔注浆支护体系在控制既有结构沉降方面效果良好。     

新建隧道盾构下穿施工对既有隧道影响的三维数值模拟

采用三维有限元方法对新建隧道盾构下穿施工过程进行了动态模拟,分析了新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移、应力的影响;进而探讨了不同的隧道覆土厚度、隧道间相对距离及土体强度下,新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移的影响.结果表明:新建隧道盾构正交下穿施工引起既有隧道位移方向朝向新建隧道方向发展,既有隧道位移以纵向沉降...     

地铁盾构长距离下穿对既有铁路框架桥影响的数值与实测分析

地铁盾构近接施工产生的地层扰动与变形会对既有敏感构筑物使用安全造成威胁。为分析盾构下穿施工对既有铁路建构筑物变形的影响,以长沙地铁6号线盾构长距离下穿京广铁路客货运框架桥为工程背景,建立盾构下穿施工的三维数值模型。研究不同注浆压力、土仓压力及地层加固情况下框架桥和轨道的变形受力特性,并结合现场实测数据分析盾构掘进参数的变化特征及既有结构的变形规律。模拟结果表明：盾构左线先行施工对框架桥和轨道变形的影响大于右线;注浆压力和土仓压力的提高,以及地层加固措施的采取,能有效控制框架桥和轨道的沉降变形;轨道结构变形随注浆压力和土仓压力的提高而减小,分别达到0.30 MPa和0.16 MPa后继续提升时对沉降控制效果逐渐减弱。实测数据表明：右线盾构掘进参数相比左线较小且更稳定,总推力和刀盘扭矩控制在13 000 kN和3 500 kN·m以下可确保安全快速掘进;框架桥和轨道变形随盾构掘进变化明显,下穿前变形较小,下穿时变形开始增大,下穿后变形逐渐稳定;框架桥整体变形在-1.75～1.37 mm之间,轨道变形在-3～2 mm之间,轨道高低偏差和变形速率均小于控制标准。在施工过程中应重点关注先行隧道的...