盾构推进对既有隧道影响的渗流与结构耦合研究

在上海西藏南路越江隧道西线Φ11580泥水盾构近距离下穿上海地铁已建M8线隧道的过程中,通过布置在M8线内的高精度电子水准尺连续采集了大量的可靠数据,清晰地观测到了M8线上行线隧道随着盾构推进-拼装周期产生的隆沉。该文以实测数据为基础,通过渗流与结构耦合数值模拟方法,研究了西藏南路盾构穿越过程中既有M8线位移变化以及周围土体位移与孔压变化。     

渗流作用下盾构隧道地表变形规律研究

在泥水平衡盾构工法中,通常会用密封舱的泥浆来平衡开挖面的水土压力,从而达到控制地表变形的目的,因此,泥浆压力的选取十分关键。为了解决工程中泥浆压力的选取问题,采用理论分析方法,结合泥水盾构隧道开挖面平衡稳定原理,对泥浆在开挖面上的3种形态进行对比分析,结果表明,“渗透模型”在工程中广泛存在,且渗透作用会导致开挖面稳定性减弱。基于“渗透模型”,采用FLAC^3D软件进行流固耦合计算,结果显示,渗流作用下地表最大沉降随泥浆压力的增大而减小,当泥浆压力达到一定限值后(本工程背景下为400 kPa),地表最大沉降值不再减小,该研究解决了合理确定泥浆压力控制地表沉降的难题;通过分析盾构掘进过程中岩土体应力状态分区和地表沉降云图,构建了地表沉降范围预测模型,模型理论计算结果与数值模拟结果吻合良好,该模型可用于泥水盾构隧道施工引起的地表沉降范围预测。此外,在泥浆压力为400 kPa时,采用数值计算方法进行了泥浆渗漏计算,结果表明泥浆渗漏上边界距水库底面7.5 m,不会对保护区水体造成污染。该研究结果可为泥水平衡盾构施工中泥浆压力的选取、地面沉降范围的确定以及泥浆渗漏的影响这3个施...     

采用轻质填料填筑路堤对其下方盾构隧道的影响研究

在城市已运营盾构隧道附近建设新的工程,是城市建设中越来越难以避免的课题。无论在盾构隧道上方加载或者卸载,都将对盾构隧道的结构受力和安全运营产生长期的影响。针对此问题,在填筑路堤时,提出先挖方,后采用轻质填料等荷载置换法,解决填筑路堤施工对盾构隧道的影响这个问题。在分析过程中,以实际工程为依托,采用Plaxis有限元软件建立路基-隧道-土耦合模型,考虑位移、超孔水压力等方面,研究了路基施工对地铁盾构隧道的影响,并分析变形规律,得到相应的结论。其成果可为同类工程起到参考作用。     

盾构隧道施工引起的超孔隙水压力变化规律研究

对现场实测盾构隧道施工引起的孔隙水压力值进行分析研究,总结出超孔隙水压力产生和消散的规律。在国内外流固耦合计算调研基础上,建立能够模拟盾构隧道动态掘进的三维弹塑性固结有限元模型。采用该模型对单条盾构隧道施工引起的超孔隙水产生和消散规律以及土体固结沉降规律进行充分研究,其结论与现场实测规律一致,也证明本文所建立的盾构隧道三维弹塑性固结耦合有限元模型的适用性,并总结得出近间距盾构隧道在淤泥质粘土和粉质粘土中的合理开挖面间距。     

泥水平衡盾构施工对地层孔隙水压力的扰动规律研究

为研究泥水平衡盾构施工对地层孔隙水压力的扰动规律,针对3种典型地层开展流固耦合分析,研究盾构施工期间不同阶段地层孔隙水压力的纵向和横向变化规律,提出孔隙水压力扰动比的概念并对其施工扰动的程度进行评价。研究结果表明： 1）泥水平衡盾构在经过软土地层时,孔隙水压力会有明显的下降趋势; 2）泥水平衡盾构掘进会对开挖面前方土体孔隙水压力产生不同程度的水力堆积效应,该堆积效应的产生是泥膜产生的必要条件之一; 3）不同地层中泥水平衡盾构施工对孔隙水压力造成的扰动不同,拱顶位置孔隙水压力扰动最大,拱腰次之,拱底最小; 4）施工中注浆压力的施加与孔隙水压力的扰动程度密切相关;不同地层在不同的开挖阶段横断面渗流场的分布规律和形状不同,拱顶处均表现为水流压力集中点;同时,泥水平衡盾构在施工期对孔隙水压力的扰动有残余效应。     

降雨渗流对边坡稳定性影响分析

基于饱和-非饱和渗流理论,利用数值仿真方法,模拟降雨条件下边坡渗流场的变化规律。再考虑渗流产生的孔隙水压力,对边坡的稳定性进行了分析,应用条分法计算边坡安全系数,并采用网格法搜索最危险滑移面。对不同降雨条件下边坡的安全系数和最危险滑移面进行了分析对比,为相关工程提供参考。     

盾构隧道近距离下穿既有隧道安全性分析

为了充分掌握地铁盾构隧道近距离下穿既有隧道时管片、岩土体的变形,以深圳地铁9号线梅村站-上梅林站区间下穿既有4号线莲花北站-上梅林站区间工程为背景,运用Midas GTS有限元软件对下穿施工过程进行数值模拟,分析下穿时岩土体与既有线隧道管片的变形,对两条线设计竖向距离的安全性进行了验证,得出两隧道竖向最小距离在2.0~2.5 m范围是安全的。同时提出一些技术措施,如对既有隧道进行自动化监测,从既有隧道内注浆,信息化施工等。     

盾构隧道开挖对既有建筑物沉降分析

地铁建设是解决城市交通拥堵问题的有效途径。但是,如果施工措施不当,可能会导致地面沉陷、基坑垮塌、隧道破坏、周边建筑物损害、地下管线损害等事故。该文针对这一问题,参考相关文献,将结构、土体和地铁盾构施工综合进行分析,探讨了多种施工因素对邻近建筑物或构筑物的影响,以确保在隧道盾构正常施工的同时,尽量减小施工对邻近建筑物或构筑物的不利影响。为了分析城市地铁隧道盾构施工对邻近建筑的影响,立足郑州市实际情况,采用数值仿真分析软件FLAC3D,对盾构施工对邻近建筑的影响进行了数值模拟,讨论了隧道与建筑物间距对地表最大沉降及基础差异沉降的影响。     

盾构隧道壁后注浆压力对地表沉降及围岩变形的数值模拟研究

以某地铁工程区间隧道为例，采用通用的FLAC程序对盾构区间隧道施工在不同注浆压力条件下引起的地表沉降及围岩变形进行了数值模拟研究。根据该分析结果，综合考虑在工程地面条件允许的沉降范围内，提出了合理的盾构施工同步注浆压力及相应的控制沉降措施。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

考虑衬砌渗透性的盾构下穿既有隧道纵向结构错台变形研究

目前针对盾构开挖下穿既有隧道的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,且未考虑既有隧道衬砌渗透特性,常常忽视地基剪切变形和既有隧道渗漏水的影响。基于体现土体剪切特性的Pasternak地基模型,首先计算了既有隧道渗漏水影响下盾构开挖在既有隧道轴线处产生的附加荷载。在此基础上,通过能量变分法建立由抗拉弹簧及剪切弹簧共同连接相邻管片环的既有隧道变形模型,获取隧道纵向结构剪切错台响应规律。选取多个工程实例,将理论解析结果与现场实测数据进行对比后发现,考虑地基剪切变形及既有隧道渗漏影响的理论解析结果更加贴近实测数据。此外,针对既有隧道异常渗漏区间渗漏程度、异常渗漏范围、异常渗漏位置进行了影响因素分析,并依据环间错台量及环间转角对既有隧道进行安全等级评估。通过参数分析发现：随着异常渗漏区间衬砌渗漏程度的增大,既有隧道纵向结构变形显著增大,当异常渗漏区间衬砌-土体相对渗透系数为0.1时,已有小范围环间错台量及转角被纳入安全评估等级Ⅲ;随着异常渗漏范围的扩大,既有隧道纵向结构变形增大,更大范围的环间错台量及转角达到安全评估等级Ⅲ;异常渗漏位置向远离新建隧道中心轴线方向发生偏移,既有隧道纵向变形逐渐减小,纵向结构变形峰值沿异常渗漏位置偏移方向发生偏移。     

盾构隧道施工对既有铁路箱涵结构的影响研究

依托武汉地铁3号线盾构隧道下穿合武线铁路工程,采用三维数值计算方法模拟盾构施工全过程,分析盾构掘进对铁路箱涵结构变形及地表沉降的影响规律。研究结果表明:盾构施工导致既有箱涵结构产生以沉降为主的附加变形,沉降最大值出现在结构底板处;盾构掘进过程中,地表变形呈先隆起后沉降的规律,盾构开挖面到达分析断面前后各1倍洞径距离范围内地表变形波动较大;箱涵变形值随隧道埋深的增大呈减小趋势,当埋深增加到一定程度后,轨面沉降仍大于限制值,需采取合理的地层加固措施,以减小施工对既有结构的影响。     

盾构下穿既有地铁区间隧道沉降控制研究

为探究既有区间在新建隧道盾构下穿过程中施工沉降控制方法与既有结构沉降变化之间的关系,依托深圳地铁10 号线岗厦北站—莲花村站区间(以下简称岗莲区间)左线隧道盾构下穿既有2 号线工程开展既有结构变形监测,结合现场监测数据,建立模拟隧道施工的计算模型,分析得到既有结构在下穿过程中变形与下穿施工控制方法间的关系。研究表明: 1)同步注浆等施工控制方式对既有结构初期变形影响较大,二次注浆对变形稳定时间及大小影响较大; 2)下穿过程需重视盾构土舱压力的维持,并采取保压措施,在较高水平上维持土舱压力,保持刀盘前方水土; 3)管片脱出盾尾后及时二次注浆,充分充填壁后空隙,在既有结构沉降较大时应及时二次注浆进行补救。     

盾构隧道掘进施工对邻近既有建筑的影响分析

盾构隧道掘进过程中,会对周围土体产生扰动和变形。当变形达到一定程度时,会危及邻近建筑物的正常使用。基于有限差分软件FLAC 3D建立三维数值计算模型,模拟不同临近距离和不同建筑层高工况下盾构隧道掘进对邻近既有建筑物的影响,选择既有建筑物沉降作为指标进行分析,对不同工况下既有建筑物的沉降变化曲线进行数据拟合,并与现场实际监测数据进行对比分析。研究结果表明：（1）不同临近距离工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随临近距离增大,同一施工步下建筑物的沉降逐渐减小,沉降速率逐渐减小。（2）不同建筑层高工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随建筑层高增大,同一施工步下建筑物的沉降先逐渐增大后逐渐减小。（3）盾构掘进过程中对邻近建筑物的主要影响区约为1.6倍隧道外径。研究成果可为类似盾构隧道掘进施工提供参考。     

地铁隧道盾构下穿既有隧道的数值模拟

随着城市轨道交通的快速发展,新建隧道施工临近既有已运营隧道的情况越来越多。以某工程中新建盾构隧道下穿既有已运营隧道为背景,运用大型有限元软件ABAQUS对盾构下穿施工过程进行了模拟,分析了既有隧道的应力和位移以及不同地层损失、不同覆土厚度和隧道间距对既有隧道的影响。结果表明:新建隧道盾构下穿施工使既有隧道的应力分布发生变化,并使既有隧道产生向着新建隧道的位移,最大位移发生在新建隧道下穿位置;地层损失、覆土厚度、隧道间距对既有隧道沉降的影响较大,在设计、施工过程中应引起足够的重视。     

盾构下穿对既有铁路路基影响的模型试验研究

为研究盾构隧道开挖对既有铁路路基的影响,基于相似比理论建立室内大型试验模型,模拟盾构开挖扰动作用下周围土层及既有铁路路基的受力变形过程。结果表明:模型试验能较好地反映盾构下穿对土层及地表线路的影响;盾构隧道轴线方向各土层土压力变化较两侧明显,其中在一倍洞径范围内土体是受扰动影响的重点区域;模型试验中盾构下穿开挖导致既有线路沉降变形呈近似线性,若增加埋深,既有路基沉降速度及沉降量将大幅降低。建议在盾构施工前对既有铁路的下穿段路基进行加固,确保行车安全。     

地铁盾构法隧道正交下穿施工对既有隧道影响分析

为了探讨新建隧道的施工对既有隧道产生的影响,以西安地铁某区间盾构隧道为背景,采用三维有限元数值计算方法,分析了新建盾构隧道正交下穿施工对地表及既有隧道结构的影响,得到了既有隧道管片位移、内力以及既有隧道上方地表沉降的变化规律。计算分析结果表明:正交下穿盾构隧道施工时,上方既有隧道与地表将会发生较大的不均匀沉降,同时既有隧道衬砌结构发生不均匀侧移和扭转,正交位置附近既有隧道结构下侧出现不同程度的拉应力,需要对正交区域内的地层进行加固。     

盾构隧道施工对既有铁路轨道与排洪涵管影响的数值分析

以福州地铁l号线的罗汉山站—福州火车站区间段盾构隧道工程为依托,采用有限元程序MIDAS,对近距离双线平行盾构掘进过程进行动态模拟,揭示盾构新隧道施工对既有铁路轨道和排洪涵管沉降产生的影响,得到了铁路轨道和涵管沉降曲线。计算结果表明,列车数量、隧道注浆程度、地层损失率等因素对铁路轨道和排洪涵管沉降有较大影响。