新建铁路隧道下穿既有铁路施工引起的地表沉降控制标准研究

新建铁路隧道下穿既有铁路施工时引起地表沉降,这时对既有铁路运营安全的影响主要受控于轨道的前后高低差.采用ANSYS二维有限元方法,对新建铁路隧道下穿既有铁路工程建立数学模型,模拟计算不同最大等效应力、地质条件、隧道埋深、隧道结构形式等96种工况下的地表沉降量.并利用Peck公式回归分析得到96种工况下的沉降槽宽度系数.对模拟结果和回归结果进行数据分析,推导出沉降槽宽度系数与隧道埋深的关系式,以及地表最大沉降最与地层弹性模量、最大等效应力、隧道埋深的关系式.在此基础上,根据地表沉降曲线的正态分布规律、沉降槽宽度系数的数学意义和轨道的前后高低差管理值,推导得到新建铁路隧道下穿各等级既有铁路时的地表沉降控制标准.     

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。     

铁路隧道下穿施工引起既有铁路线路变形规律研究

近年来,随着我国铁路交通的大规模建设,新建铁路以隧道的方式下穿既有铁路越来越多的出现且在大量的工程当中且影响越来越严重。结合京石高铁下穿既有石德铁路工程,对下穿隧道暗挖段进行了数值模拟计算,分析研究了隧道下穿施工时对既有铁路路基沉降、轨道沉降、轨道水平偏差及轨向偏差的变形规律,得出了隧道下穿施工对既有铁路线路的影响,对工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

钢弹簧浮置板轨道与隧道底板相互作用数值模拟

针对城市轨道交通穿越施工引起的轨道结构与隧道底板脱空的现象,采用ANSYS建立钢轨-钢弹簧浮置板道床-隧道底板的相互作用模型。考虑隧道底板变形方式、隧道底板最大变形值、Peck曲线沉降槽宽度、浮置板变形缝等影响因素,通过数值模拟计算轨道结构变形和内力、浮置板与隧道底板的脱空量和脱空范围,得出轨道结构与隧道结构相互作用的一般规律。计算结果表明:浮置板与隧道底板之间连接力弱,隧道底板发生不均匀变形时可能产生脱空;浮置板自身较大的刚度是其与隧道底板产生差异变形的主要原因,钢轨并不能对浮置板产生有效的约束;轨道与隧道结构的差异变形随隧道底板变形值的增大而增大,随沉降槽宽度的增大而减小;模型能够较全面地分析轨道与隧道结构相互作用问题,为计算穿越施工引起的既有轨道结构的变形、内力及其与隧道底板的脱空提供有效方法。     

软土地区盾构隧道斜下穿多股铁路路基变形规律

目的：目前，地铁隧道穿越铁路路基的情况越来越多，但软土地区盾构隧道斜下穿既有运营铁路的研究相对较少，因此需分析该情况下的路基变形规律。方法：以绍兴轨道交通1号线大滩站—火车站站区间盾构隧道下穿杭甬铁路绍兴站站房及6股铁路股道工程为例开展研究。采用有限元法分析了盾构隧道掘进施工对杭甬铁路路基的变形影响，并基于实测数据对数值模拟结果进行了对比分析，充分验证了袖阀管注浆加固方案的有效性。结果及结论：有限元分析结果表明：未考虑盾构穿越区域地基加固的情况下，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为13.12 mm,不满足沉降控制标准要求；当盾构穿越区域采用袖阀管注浆加固措施后，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为8.20 mm,满足沉降控制标准要求，说明袖阀管注浆能够有效控制铁路路基沉降和轨道的不平顺。实测数据结果表明，盾构隧道下穿铁路施工期间的累计变形历程可分为路基隆起、路基快速沉降、路基平稳波动及后续沉降4个阶段，且前期隆起量大、后续变形相对较小，加固后的路基累计变形量能控制在10.00 mm以内。     

新建盾构隧道施工对既有铁路路基的影响研究

结合武汉地铁区间盾构隧道下穿合武铁路工程,采用数值模拟计算的方法研究盾构施工过程中路基及地层的变形,分别从埋深、地层加固措施方面对铁路路基沉降的影响规律进行分析。研究结果表明:盾构掘进过程中,盾构开挖面距路基中心线约6 m时,既有路基就已产生明显的沉降,且先行隧道施工对路基产生的扰动尤为显著;路基沉降槽宽度随隧道埋深的增大而增大,沉降槽曲率及峰值逐渐减小,在此地层条件下,隧道埋深增大到一定程度后路基沉降仍超过了限定值;对隧道周围土体采取注浆加固措施能够有效控制地层的沉降,保证列车安全正常运行。     

钢轨-弹性支承块式道床-隧道底板相互作用数值模拟

为研究轨道与隧道结构相互作用规律,建立弹性支承块式轨道与隧道底板相互作用的有限元模型。考虑隧道底板变形方式、最大变形值、沉降槽宽度等影响因素,通过数值模拟计算轨道结构的变形和内力、钢轨与道床板的脱空、道床与隧道底板的脱空。结果表明:由于支承块、道床板、隧道底板之间连接力弱,隧道结构的不均匀沉降可能引起支承块与道床板、道床板与隧道底板间的脱空;钢轨对道床板的约束作用不明显,道床板与隧道结构存在变形差异的原因主要在于道床板自身的刚度;隧道底板最大变形发生在道床板变形缝处时,相比于发生在道床板中部,钢轨与道床板更容易产生脱空;沉降槽宽度越大,轨道与隧道结构的差异变形越小,而轨道结构内力随沉降槽宽度增大呈先增大后减小的趋势。采用实际工点的参数进行计算,得到道床板与隧道底板脱空量为0.8 mm,与实测脱空量1.1 mm相比基本一致。     

盾构下穿引起的既有线路轨道变形与列车运营作用研究

地铁盾构下穿既有高铁线路施工时会对既有地基产生扰动,引起地层不同程度的沉降、路基下沉、轨道结构变形等病害,不仅对隧道和周边环境的安全产生不利影响,严重的会造成既有铁路破坏,影响线路的正常运营,给乘客带来安全隐患。利用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路基-下穿隧道有限元模型分析了盾构施工对既有线路轨道结构的影响,并结合高速铁路结构间的相互作用关系,基于车辆-轨道耦合动力学理论对盾构下穿引起的线路变形、轨道结构层间离缝与列车运行相互作用进行了分析。     

地铁双洞单线盾构隧道下穿引起既有铁路沉降实测研究

为揭示北京卵石土地区双洞单线隧道下穿施工期对既有铁路的沉降影响，基于某地铁下穿有砟铁路工程，以精密电子水准仪和自动化静力水准仪对铁路沉降开展现场实测，并对监测数据的时空规律进行挖掘分析，对左右线影响的空间叠加效应、地面沉降随盾构推进的时间台阶效应、道砟层和线路加固体系对沉降的隔离效应开展研究。结果表明，路基和轨道最大沉降发生在左右线隧道中心对应位置，隧道左线、右线先后下穿过程对铁路的沉降影响有明显叠加效应；路基和轨道沉降影响为突变型，可划分为左线刀盘切土及推进、左线盾尾离开、右线刀盘切土及推进、右线盾尾离开4个阶段，时程曲线台阶特征明显，施工期应密切关注；路基和轨道沉降影响在下穿施工期基本发展完成，该阶段沉降量占最终总沉降量88%以上，随后逐渐收敛；下穿施工引起既有铁路轨道沉降最大值为18.94 mm;引起既有铁路路基沉降最大值为24.24 mm,轨道沉降曲线较路基沉降曲线更为平缓，铁路道砟层和3-5-3扣轨起到有效隔离作用。     

新八达岭隧道下穿青龙桥车站变形控制技术

依托京张高铁新八达岭隧道下穿既有京张铁路青龙桥车站工程,为控制下穿过程中青龙桥车站的沉降变形,采用Midas GTS NX数值模拟软件,模拟隧道下穿车站的施工全过程,得到既有车站路基变形的沉降曲线。研究发现路基最大沉降发生在新建隧道拱顶上方,路基累计最大沉降16.017 mm,建议在隧道施工过程中通过控制循环进尺和施工速度来控制路基的沉降量,并及时补充道砟,恢复轨道沉降变形,从而控制轨道的沉降。提出洞内■159 mm超前大管棚注浆加固、洞外地表垂直袖阀管注浆加固和3-5-3扣轨加固的变形控制技术,为下穿工程控制沉降变形提供经验借鉴。     

隧道变形引起的钢弹簧浮置板轨道变形与脱空分析

穿越施工引起既有隧道及其上的轨道结构产生变形,给列车运营安全带来不利影响。将钢弹簧浮置板轨道视为弹性地基梁,建立钢弹簧浮置板轨道变形的控制微分方程。采用傅里叶级数法求解微分方程,得到关于未知级数系数的线性方程组,进而给出求解线性方程组的迭代方法。基于本文方法分析钢弹簧浮置板轨道与隧道底板相互作用规律。研究结果表明:浮置板自身的抗弯刚度使其与隧道底板存在变形差异,进而与隧道底板产生脱空;随着隧道底板变形的增大,轨道结构变形及脱空范围均增大;随着沉降槽宽度的增大,轨道变形与隧道底板逐渐趋近,脱空范围呈先增大后减小的趋势;钢弹簧刚度越大,间距越小,轨道与隧道底板越容易产生脱空,脱空范围越大。研究成果可为穿越施工中既有线轨道结构的安全评价提供理论依据。     

输水管道群下穿既有铁路软土地基变形控制技术研究

大直径输水管道群顶管下穿既有铁路软土地基必然会引起铁路路基沉降和轨道变形,影响铁路行车安全。以顶管下穿既有京沪铁路工程为研究对象,对顶管下穿铁路引起的路基沉降和轨道变形规律进行数值模拟计算;提出软土地基沉降变形控制标准及加固方案、施工工艺参数及施工控制措施。通过现场监测成果,验证地基加固效果及其合理性。研究结果表明:输水管道群顶进施工引起铁路路基的最终变形沿铁路中心线呈"U"形分布,最大沉降量约为12.5 mm,大于最大路基面沉降和水平位移不应超过10 mm的要求。采用旋喷桩与袖阀管注浆相结合的地基加固措施,有效地提高了地基强度,减小了顶管施工对既有铁路的影响。整个顶管施工过程中,绝大多数监测点路基沉降值在3～10 mm之间,水平位移在2～6 mm之间,路基变形满足规定要求。该研究成果对新建构筑物下穿既有铁路工程的设计、施工具有借鉴意义。     

超大直径盾构下穿既有铁路群安全性评估研究

以武汉市两湖隧道工程下穿既有武黄城际线、南环线和大花岭疏解线等铁路为背景,对隧道施工中的重大风险源--区间下穿武黄城际铁路等6条铁路线的施工过程进行了三维仿真数值模拟。武汉两湖隧道盾构直径达15.5m,两轨面间的差异沉降不得大于5 mm,对地铁下穿段的施工提出了较高要求。数值模拟的计算结果表明:(1)超大直径盾构下穿铁路路基主要引起的是路基沉降,地层损失率是控制沉降的关键因素。(2)盾构下穿的铁路接触网立柱,沉降及位移明显,以沉降为主,水平向偏移主要表现为向盾构轴线侧倾斜。(3)在隧道开挖面通过路基下方前已发生沉降变形,穿过路基时轨道变形较大,完全穿越路基后轨道沉降几乎不发展。     

宁波地区地铁盾构下穿铁路路基的控制性研究

研究目的:为研究宁波地区地铁盾构下穿铁路路基的变形控制,本文首先基于宁波典型土层,通过数值模拟与Peck经验公式,得出盾构施工引起的各土层沉降槽宽度系数参考值;其次以盾构下穿甬台温铁路为研究背景,通过三维数值模拟的对比分析,研究盾构穿越完全加固区、部分加固区以及非加固区的路基沉降变形规律。研究结论:(1)宁波典型土层可归纳为淤泥质土、黏性土、粉土及砂性土三类,盾构施工扰动引起的K值及沉降槽宽度在三类土中依次减小,最大沉降值依次增加;(2)通过线形回归拟合,首次提出了土层扰动的初始敏感因子和深度敏感因子,随着区间埋深的增加,初始敏感因子作用逐渐减弱,深度敏感因子的作用逐渐增强,当埋深足够大时,地面变形趋于一致;(3)盾构下穿既有加固的铁路路基时,应避免穿越半加固区,在完全加固区与非加固区,盾构下穿引起的路基变形均随埋深的增加逐渐减小,但非加固区内沉降曲线趋于平缓;(4)本研究成果对软土地区盾构下穿铁路的方案优化和安全施工具有借鉴意义。     

高压电缆下穿轨道交通地面线变形监测

研究目的:大直径管线下穿既有轨道交通地面线为重大风险工程,为保证工程顺利施工和既有线路安全运营,应进行严格的变形监测。本文阐述管线下穿对既有地面线路基、轨道的变形影响及监测,为类似地面线下穿工程提供借鉴。研究结论:受施工影响,既有地面线路基变形基本经历了下穿明显沉降、工后显著沉降、沉降趋缓、沉降稳定的过程,路基沉降量较大,轨道轨顶沉降相应增加,应进行必要的调轨抬升;轨道几何形位变形和线路钢轨位移均较小,未超过控制值;受下穿侧土体扰动和地下水位季节性变化的影响,上地桥出现接近施工侧结构上浮现象,桥与路基间差异沉降增大,类似工程应注意回填土和地下水对桥体的异常影响。     

低岩跨比软岩地铁隧道上覆管线变形规律

为科学预测低岩跨比条件下软岩地铁隧道开挖后上覆岩土层及其管线的变形规律，针对隧道上覆岩层与土层客观移动规律的差异，考虑开挖时隧道围岩的施工扰动，构建低岩跨比隧道上覆岩土层的“类双曲”移动模型，据此提出地表沉降槽宽度的计算式，并基于Hoek-Brown强度准则给出隧道上覆地层损失率的确定方法，在此基础上运用弹性地基梁理论分析隧道上覆管线的变形规律。以南宁某上覆排水管、天然气管和给水管3种不同材质管线的地铁区间隧道工程为例进行验证。结果表明：地表沉降槽宽度随上覆岩层厚度增加而减小，随上覆土层厚度增加而增大；管线竖向挠曲位移、转角、弯矩及剪力与扰动程度正相关；管线转角、弯矩及剪力随其埋深和管隧夹角增加而增大，但竖向挠曲位移却随管隧夹角增加而减小；各管线沉降区域均主要集中于距隧道中轴线12 m范围内，竖向挠曲位移理论计算与现场监测结果误差均小于10%，且对天然气管和给水管的预测精度更高。     

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。     

地铁盾构隧道下穿既有铁路变形控制研究

盾构隧道下穿既有铁路线路会造成铁路线路沉降变形,影响列车的正常运行。基于此,在某实际工程的基础上,对地基加固、盾构下穿过程中铁路线路沉降情况进行监测分析。结果表明：旋喷桩加固注浆施工对铁路线路影响很小,当旋喷桩加固施工完成后,主加固区施工对铁路线路影响较大;地基加固对盾构下穿时铁路线路变形控制有较好效果,隧道穿越施工期间,路基最大沉降量为36．52mm,轨面最大沉降量为15．88mm,满足规范要求。     

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。     

暗挖地铁隧道斜交下穿既有铁路的施工研究

研究目的:新建地铁隧道下穿既有铁路工程涉及到铁路运营安全和地铁施工安全,受到工程界的重视.文中选取暗挖地铁隧道斜交下穿某既有铁路工程为研究对象,该地铁隧道为双线、部分浅埋隧道,隧道采用暗挖法施工难度和风险较大.通过ansys计算软件按初步设计的施工顺序和施工工艺进行三维数值计算,分析隧道施工引起的地层沉降和塑性区分布.研究结论:(1)隧道施工引起地层内力重分布,是地表产生沉降的原因,但是列车荷载对地表沉降的影响更为显著;(2)数值计算对施工措施的选择提供了重要依据;(3)施工前对铁路路基注浆加固或在铁路路基两侧预埋袖阀管根据沉降情况进行注浆,可对沉降变形进行控制.