运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程变形特征分析

结合某地铁区间隧道,研究了运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程中的管片变形特征及其影响。阐述了该区间隧道变形的测量方法与结果。对运营地铁盾构隧道管片收敛整治微扰动施工过程中产生的隧道变形进行了实测,并选取下行线测试数据进行分析。结果表明:自注浆开始至注浆结束,由下行线监测区间微扰动注浆施工引起的隧道管片形状由压扁状逐渐向撑圆状变化;受水平位移和道床沉降影响的隧道管片范围为10环,受收敛位移影响的隧道管片范围为20环;受注浆施工叠加影响,隧道管片最大的水平位移、水平和竖直收敛及道床沉降均发生在注浆区间中部位置。     

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.     

基坑开挖对既有盾构隧道的影响研究

为分析基坑开挖对既有盾构隧道的影响,通过数值计算软件模拟盾构隧道施工过程,得到基坑开挖前盾构隧道的应力状态;并以此为基础,进行基坑开挖对盾构管片变形与应力影响的全过程研究。结果表明,双排桩支护方式下,基坑开挖至坑底时,区间隧道距坑底最近的拱肩位置处变形最大,以水平位移为主,最大达6. 77 mm;管片竖向隆起量较小,最大值为1. 31 mm,管片拱肩部位存在一定的应力集中,最大应力达3. 52 MPa;管片拱腰部位X向应力较小,最大值为0. 3 MPa。随基坑内部结构的施工,盾构管片变形逐渐减小。依据变形、应力等控制指标,对最不利条件下管片位移、应力及曲率半径等参数进行安全影响评估,认为该工程条件下,基坑开挖对区间隧道影响较小。     

基于弹性极限理论的盾构隧道收敛变形研究

为研究隧道横向收敛变形对隧道结构安全的影响,从变形协调的角度出发,应用修正惯用法求出螺栓在弹性极限状态下管片截面的弯矩值,并根据管片横截面受力与隧道横向变形之间的关系,反推出管片环的弹性极限曲率半径。基于上海地铁单圆隧道的设计参数,对弯矩传递系数ξ分别取0.3、0.4及0.5进行计算,得出隧道收敛变形的限制值分别为18.6mm、23.4mm及30.2mm。最后,以上海轨道交通8号线某区间隧道的实测横向收敛数据为基础,将该方法得出的限制值与设计控制值5‰D(D为隧道外径)进行了对比。通过对比表明:该收敛变形的限制值能够反映出管片接头处螺栓的受力状况,可以为地铁运营隧道的安全评判提供重要参考。     

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。     

基于梁-非线性弹簧模型的盾构隧道管片环极限变形特征研究

管片环极限变形特征是盾构隧道结构设计的关键控制指标和结构安全监测的重要依据。已有的接头弯曲加载试验表明,当弯矩较大时,接头变形具有明显的非线性特征。针对上海地铁区间盾构隧道管片环内的无衬垫式接头,建立其力学模型并推导其变形解析式,得到一定轴压作用下接头变形非线性特征的定量化描述,将其与试验数据对比,验证接头力学模型和变形解析式的工程适用性。基于非线性弹簧单元建立管片环梁-非线性弹簧模型,采用有限元方法对考虑外荷载及接头自身性能等因素不确定性的各工况管片环极限变形特征进行计算分析,根据分析结果提出对盾构隧道管片环结构设计及运营期结构安全监测提出建议。     

大直径盾构始发阶段负环管片及螺栓受力优化分析

为进一步改善负环管片及螺栓受力、保障施工安全性,依托广州地铁18号线沙溪站至石榴岗站区间盾构始发工程,采用MIDAS/GTS有限元分析软件建立负环管片精细化模型,研究负环管片及螺栓在大直径盾构始发全施工期内的变形情况与应力特征.结果表明:负环管片变形主要受自重影响,除中间部分负环变形不稳定外,整体上位移呈沿纵向快速减小...     

兰州地铁一号线下穿黄河砂卵石地层盾构管片分型及优化设计

设计水头、地层、管片刚度、冲刷厚度等应力及位移边界条件影响盾构管片内力分布及其工作性态。结合兰州地铁下穿黄河区间隧道工程,在强透水、弱胶结砂卵石地层中,考虑黄河主槽移位产生的一般冲刷影响,对比分析不同冲刷条件下管片结构的力学响应,给出穿江越河隧道管片设计中百年设计水位、冲刷深度及隧道覆土厚度的确定方法和原则。结合区间隧道陆域段埋深条件,确定区间隧道盾构管片分型及段落分布,达到安全、经济的设计目的,可为类似工程提供参考。     

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。     

串珠形溶洞区盾构隧道稳定性研究

为了研究复合地层串珠形溶洞地质条件下盾构隧道的稳定性,依托广州地铁12号线棠溪站—南航新村站区间工程,采用数值模拟方法,系统研究溶洞的位置、直径和距离及充填处理情况对隧道管片变形、管片受力及岩土塑性区的影响。结果表明：因盾构施工扰动,易引起地表坍塌、管片变形等问题,隧道影响范围内的土洞必须严格处理。考虑到隧道拱顶位于强风化带或土层,隧道上方溶洞对隧道变形和受力的影响最大,侧方溶洞次之。间跨比一定时,随着溶洞直径的增加,管片拉应力快速增加;跨度比一定时,随着溶洞距离的增加,管片拉应力急剧减小。无填充条件下,近距离侧方溶洞易引起管片拉力和变形超过规范阈值,管片变形偏心向溶土洞方向发展。全充填或注浆条件下,管片应力和变形情况得到明显改善。     

地铁盾构断面椭圆度检测及数据分析研究

在地铁隧道竣工检测和运营监测中,盾构断面椭圆度是隧道变形和维修整治的关键指标,对其高效准确地测量是一项重要的工作。随着与日俱增的交通需求和施工技术的快速发展,地铁竣工验收、运维监护对断面测量的精度、效率以及信息全面性等方面的要求越来越高。介绍盾构管片椭圆度的多种测量方法和数据处理原理,并对其优劣性进行对比分析。针对盾构管片断面变形规律的复杂性,利用大量实例数据,统计分析管片椭圆的旋转角、横向收敛、椭圆度等参数的关联和分布情况,发现横向收敛与椭圆度有很强的相关性,且椭圆旋转角超过一定数值对常规水平收敛测量也有影响,即横向与水平直径的偏差不容忽视。因此,横向收敛作为管片结构安全评估的重要参数,将椭圆长轴作为收敛基线更能客观反映实际变形情况,该结果可为类似工程提供一定的参考价值。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20～35 cm。     

软土地铁隧道沉降治理效果评估

基于某地铁隧道沉降治理过程中的实测数据,研究沉降治理效果评估方法。首先利用3次样条曲线插值法对隧道沉降监测点数据拟合,计算出累计沉降的曲率半径;然后以等效轴向刚度模型为基础,推导出盾构管片接头环缝张开量和纵向连接螺栓受力情况。通过理论计算对治理后隧道结构健康状态作出评估,全面分析隧道沉降治理效果,为后期运营维护提供依据。     

新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩变形特性研究

为揭示新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩的变形特性,依托某市地铁隧道工程为背景,采用理论分析、数值模拟、现场测试等相结合的方法,分析近距双线浅埋隧道采用新奥法施工过程中的地表沉降、拱顶位移及围岩收敛规律。研究结果表明:隧道开挖面卸载是围岩发生变形的主要诱因;近距双线隧道开挖围岩变形存在叠加,主要叠加区域位于双线隧道中线连接区域,相比单线开挖同位置变形最大增量达45%;由变形预测结果可知,地层变形在建设期基本完成,约占预测10年变形总量的85%以上。     

地铁盾构隧道与矿山法隧道接口段抗震计算研究

为确保地裂缝条件下地铁盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口抗震设计满足要求,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,针对西安地铁5号线某区间盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口部位进行横向地震作用时程分析,并与横向地震作用的反应位移法结果进行对比,结合现有理论及规范,分析地铁隧道接口处的抗震性能及合理的计算方法,发现对于结构断面形式突变的地下结构,宜采用反应位移法进行强度及变形计算,同时采用时程分析法进行校核,明确了不同断面接口两侧隧道横向剪切刚度的差异是导致位移与变形差异的主要原因,同时提出减震层、管片柔性结构与弹性垫圈、变形缝以及加强钢筋与后浇环梁等抗震措施,在高烈度地区还可考虑将矿山法隧道设计为圆形或类圆形断面以提高整体抗震能力,研究结论可为类似工程提供参考。     

软土错缝拼装盾构隧道横断面变形控制限值研究

部分软土地区的盾构隧道结构出现过大的变形与严重的病害,这些带病服役的盾构隧道结构仍将长时间服役,且其后续服役期内也将面临各类不利的服役环境。因此,有必要提出盾构隧道结构变形控制限值,在隧道结构变形进一步发展时,为结构的养护运维及时提供判断、决策依据。以南京某3个地铁区间为背景,分别以实测数据分析、三维精细化有限元模拟为手段,探究错缝拼装盾构隧道结构横断面的收敛变形与各类病害之间的相关关系。通过两种手段相互验证与补充发现:收敛变形小于30 mm时,隧道结构的服役性能良好;30～60 mm,出现渗漏水、裂缝,且螺栓开始屈服;60～80 mm,病害加剧,出现管片破损;80～100 mm,首个螺栓到达抗拉极限状态,安全性受到极大威胁;大于100mm,整环结构濒临屈服。据此得到结构性能的衰退特性,进一步提出盾构隧道横断面变形控制限值。     

非均匀收敛随机介质模型对浅埋隧道施工引起地表沉降预测研究

针对软弱土层中的浅埋大跨隧道在施工过程中出现的初支变形、断面底部隆起等现象,通过对原有的断面收敛模式进行修正,提出考虑初支变形与断面底部收敛的统一收敛模式,并以单洞及双洞椭圆隧道为例,推导出该种收敛模式下隧道施工中产生地表沉降的随机介质法预测公式,应用遗传-蚁群混合算法(GA-ACA)解决该预测模型的参数反演计算问题。为验证该模型对浅埋隧道地表变形预测的准确性,以乌鲁木齐地铁1号线三—新区间某典型断面为例,分别使用均匀收敛、底部为0、底部非0以及统一收敛模式等4种收敛模式进行参数反演,并将反演结果与现场监测结果做对比,研究结果表明:统一收敛模式与隧道断面实际变形规律更加吻合,其预测精度要比不考虑初支变形与断面底部收敛时的预测精度更高,即对浅埋、超浅埋隧道而言,初支变形以及底部隆起等现象对地表变形预测结果产生的影响不可忽略。     

强刚度低配筋预应力盾构隧道 管片衬砌技术研究

传统盾构隧道管片是由环向和纵向螺栓连接而成的非连续性结构,存在整体性差、抗变形能力弱等缺陷, 造成盾构隧道在施工和运营过程中常出现管片变形过大、接头开裂、螺栓锈蚀、漏水等问题,严重威胁盾构隧道 安全。为解决上述问题,将预应力系统引入盾构管片结构,提出强刚度低配筋预应力盾构隧道技术。通过对盾构 管片施加环向和纵向预应力,可将盾构管片连接为整体,提高盾构隧道的整体性、抗变形能力等性能。通过数 值模拟对比分析预应力管片和传统管片的性能差异,研究表明：采用该技术可提高管片轴力,降低管片弯矩和变 形,同时用钢量较传统管片可降低至少 45%。本技术可有效解决传统盾构隧道存在的问题,并且降低钢筋用量, 可为轨道交通、市政、铁路、公路等行业的绿色低碳新技术研究提供借鉴。     

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。