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。     

盾构隧道正交施工对地表沉隆变位的影响研究

以某拟建地铁城市区间盾构隧道为研究对象,引入荷载释放系数,采用等效刚度模型和三维有限元法对盾构隧道正交下穿既有隧道施工引起的地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线进行研究,揭示围岩类别、隧道埋深和顶进力等因素变化对盾构隧道正交下穿施工引起的地表沉隆变位的影响,运用三维曲线关系揭示和探讨盾构隧道正交下穿施工中的地表沉隆变位曲线的空间分布变化规律。     

砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护效果研究

以北京地铁12号线区间下穿京张高铁盾构隧道为工程背景,数值模拟了砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护工法的地层变形控制效果,探讨了预支护方法对下穿工程地层变形规律、地表沉降规律、盾构管片变形规律、塑性区分布以及管棚受力特征的影响。结果表明:下穿工程地铁施工引起上部高铁盾构管片最大变形区在双区间中心截面±15m范围内,这是布置超前支护以控制地层变形的关键区;深孔注浆加固条件下增设超前管棚,可减小拱顶围岩塑性区开展范围,改善注浆体受力状态,有效降低隧道中上部围岩变形;超前管棚和深孔注浆复合预支护可充分利用深孔注浆的拱效应,又可利用管棚的梁效应,发挥各自力学优势,联合承担上部围岩压力。     

兰州轨道交通2号线下穿黄河的大直径盾构隧道方案比选

为了降低地铁盾构隧道多次下穿黄河的风险，以兰州轨道交通2号线火星街站—黄河市场站区间盾构下穿黄河的隧道工程为例，提出公轨分建和公轨合建两种大直径盾构隧道方案，以空间限界设计要点为依据，对两种方案的排水、疏散通道和通风排烟等附属结构进行设计，提出了两种大直径盾构隧道方案的内径尺寸和内部附属结构的空间布置方案，并分析了两种方案中衬砌管片的设计方案与施工力学特性。随后，从工期、工程造价、施工风险及使用效应等角度对比分析了公轨分建与公轨合建两种方案，采用层次分析法选出优选方案。研究结果表明：公轨分建方案盾构衬砌管片建议采用内径为10.2 m、厚度为0.50 m、环宽为2.0 m的衬砌管片，施工时千斤顶采用顺序卸载方式；公轨合建方案盾构衬砌管片建议采用内径为13.9 m、厚度为0.65 m、环宽为2.0 m的衬砌管片，施工时千斤顶采用顺序卸载方式；公轨分建方案优于公轨合建方案。     

地铁下穿黄河线路工程设计探讨

兰州地铁1号线两次盾构下穿黄河为我国首例下穿黄河工程,具有地层复杂、河道演变规律不确定、线位靠近桥位等特点。根据桥梁基础资料,进行上游、下游和双侧下穿方案比选,进一步结合桥墩迎水面冲刷坑坡度、最大冲刷线以及安全覆土要求,确定线位与桥墩的平面距离关系和纵向隧道埋深,同时对主河槽下线形、线间距、隧道下穿河堤埋深及区间联络通道和风井、废水泵房、盾构检修井的设置等线路问题进行研究探讨,提出穿黄工程线路设计的一般性规律。     

地铁隧道穿越黄河段的盾构选型及施工模拟

兰州地铁一号线在奥体中心—世纪大道区间段穿越黄河,基于对封闭式盾构机在高水压和饱和软黄土等地质条件下性能的比较,最终选择泥水式盾构机作为黄河段施工的机型。同时,本文通过对施工过程进行三维仿真模拟,比较深浅埋两种施工方案下盾构隧道施工引起的地层位移、顶面沉降、管片应力,讨论适于穿越黄河段的施工方案,为后续隧道施工提供参考。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

深埋隧道实用计算分析

随着城市地铁隧道埋深越来越大,全土柱计算方法已不再适用全部工程。目前国内外计算地层压力的理论很多,结果差异性很大。基于沈阳地铁下穿浑河的盾构隧道,综合分析几种深浅埋分界理论,提出实用的深埋隧道土压力计算方法。     

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50～200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。     

兰州地铁黄河隧道设计难点及方案论证

研究目的:兰州地铁1号线一期工程2次下穿黄河,为黄河上第一条交通工程类隧道,国内首创。隧道位于兰州市七里河断陷盆地内,属强透水砂卵石地层条件下连续性长距离的穿河隧道工程,建设环境国内罕见。兰州地铁黄河隧道还要考虑线位、车站、临近既有桥梁、下穿河道河堤等诸多因素,具有较大的设计和施工难度。为确保工程顺利实施,应前期充分论证,精心设计,得出最优设计方案,以利于工程建设。研究结论:本文以兰州地铁黄河隧道外部环境为研究基础,通过剖析相关设计难点,得出黄河隧道设计方案。(1)区间采用两条单洞单线隧道,双线同侧上游绕避桥墩下穿河道,间接控制式泥水平衡盾构施工,装配式钢筋混凝土管片,双道防水措施;(2)两穿黄河区间设中间风井、联络通道及废水泵房等附属,综合区间疏散平台、通风竖井、联络通道及防淹门等防灾救援设施,从而形成一整套完善的黄河隧道设计方案;(3)相关设计结论和经验可丰富我国穿江越河类隧道的修建技术,也可为后续类似工程的建设提供借鉴和参考。     

深埋盾构隧道穿越风化岩层荷载取值研究

盾构法施工刀盘切削外轮廓到衬砌管片的间隙一般为30～40mm,这就使得围岩与支护接触之前,存在一个位移差u,如果围岩稳定时的形变相对较大,此时管片还应该承担形变压力。结合HoekBrown准则得出了得到了不同岩性、不同风化等级围岩的等效Mohr-Coulomb参数,采用弹塑性理论研究了埋深条件下盾构隧道围岩稳定时的位移值,并根据收敛约束法分析了围岩压力的取值范围与影响因素,可为深埋盾构隧道穿越风化岩质地层荷载取值提供参考。     

隧道盾构法施工地面沉降影响因素分析

利用三维非线性有限元方法模拟土压平衡式盾构推进过程中引起的地面沉降,研究了盾构覆土厚度、盾构外径、土压仓压力、盾尾空隙等因素变化对地面沉降的影响,并在此基础上提出了能够综合反映上述因素影响的盾构隧道地面沉降计算公式.通过与上海地铁4号线浦东南路站～南浦大桥站区间隧道盾构开挖的实际地面沉降数据的比较,验证了计算公式的合理性.     

深厚软土地区盾构管片上浮特性数值分析

深厚软土地区盾构管片上浮是较为普遍的现象,对盾构过程和周围环境安全影响较大。结合福州某地铁盾构工程,考虑地层损失和软土扰动影响,建立了深厚软土地区盾构过程中管片上浮的数值模拟方法,并利用实测数据对该模型进行验证。利用已验证的数值模拟方法分析了同步等效注浆压力、注浆量、浆液压缩模量、土仓压力和隧道埋深等对盾构参数对管片上浮量和上浮规律的影响,并建立了管片上浮量的经验计算公式。研究表明数值模拟结果与实测值吻合度较高,能够较真实反映盾构管片的上浮特性;随着注浆压力、土仓压力、注浆量、浆液模量的增大,管片上浮量增大;随着埋深的增加,管片上浮量降低。     

地铁盾构隧道下穿高铁路基沉降变形特征研究

为降低地铁隧道下穿高铁路基的实施风险,控制工程投资,以北京地铁昌平线南延盾构区间下穿京张高铁路基工程为背景,采用数值计算结合现场检测的方法,对不同隧道埋深条件下盾构隧道小角度下穿铁路路基的路基沉降变化规律、不同隧道开挖顺序对路基沉降的影响、适宜的隧道覆土厚度、加固措施等关键技术问题进行系统研究.研究结果表明:(1)隧道...     

下穿高速铁路浅埋盾构隧道管片动力响应特征分析

以广州地铁9号线下穿武广高速铁路为工程案例,采用ABAQUS建立隧道-地层-路基三维耦合有限元分析模型,通过施加简化后的高速铁路列车振动荷载,研究了不同埋深条件下盾构管片和螺栓的动力响应。结果表明:随着埋深的增加管片最大主应力先减小后增大,埋深7 m时管片最大主应力最小,约为1.21 MPa;列车振动荷载作用下隧道拱底为受力最不利位置,且环向螺栓的最大主应力峰值远小于纵向螺栓;随着埋深增加拱底纵向连接螺栓的最大主应力峰值由30.35 MPa减小至13.86 MPa,远小于螺栓的屈服强度。     

广州地铁3号线盾构区间同步注浆施工技术

在盾构施工中,基于刀盘开挖直径与盾构管片外径间存在空隙、地质条件、地下水、隧道埋深、掘进模式等因素的影响,易造成地层变形、管片错台、隧道漏水等不良现象,因此要对管片背后的空隙选择合理的注浆材料进行充填。以广州地铁3号线客—大盾构区间的施工实际情况为背景,对盾构施工中的同步注浆技术进行总结分析。     

盾构管片接头破坏类型及 参数敏感性分析

盾构管片接头是整环管片力学性能的薄弱部位,容易发生破坏。通过分析盾构管片接头的受力特性、管片接头的破坏类型以及管片内力和其影响因素之间的关系,再进行人工神经网络敏感性分析,计算得到不同影响因素的相对重要性指数大小。研究结果表明:盾构管片接头的破坏类型为受拉破坏;管片外径(RI=54.4%)对管片最大拉应力影响最大,其次是围岩等级(RI=35.3%),隧道埋深和混凝土强度对管片最大拉应力影响较小,相对重要性指数RI小于6%。     

盾构隧道下穿砌体结构房屋影响因素敏感性分析

为探究不同影响因素对盾构隧道下穿砌体结构房屋的影响程度,采用正交试验方法对5种不同影响因素进行5种水平正交试验,通过MIDAS-GTS有限元软件建立砂土地层-隧道-建筑物共同作用的三维分析模型,根据盾构隧道下穿砌体结构房屋施工过程中墙体所受到的最大拉应力增量,判断各影响因素对盾构隧道下穿砌体结构房屋的影响大小。研究结果表明,隧道轴线与建筑物中心线间距是盾构隧道下穿砌体结构房屋的最主要影响因素,其他依次为建筑物长度、隧道轴线与建筑物中心线夹角、隧道埋深,地层类型对砌体结构房屋的影响最小。     

盾构始发负环管片和反力架拆除时机的影响因素分析

采用FLAC3D软件,分别对北京地铁大兴线01标盾构始发工程和一般地铁盾构始发工程进行模拟,分析负环管片水平位移与拼装管片环数之间的关系,研究负环管片和反力架的拆除时机及其影响因素.结果表明:随着拼装管片环数的增加,负环管片水平位移的增加经历了初始增长、快速增长、缓慢增长和稳定4个阶段.在负环管片水平位移进入第4阶段时,负环管片和反力架不再承担盾构推力,此时是拆除负环管片和反力架的最佳时机;摩擦系数、隧道埋深和管片外径3个因素对负环管片水平位移的影响显著;随着摩擦系数、隧道埋深的增加,水平位移均逐渐减小,且影响程度逐渐减弱;随着管片外径的增加,水平位移逐渐减少,但影响程度逐渐增强.     

蠕变作用下洞径对大埋深软岩盾构隧道力学特性研究

为解决大埋深软岩盾构隧道衬砌结构的稳定性问题，依托广佛环线广州南站至白云机场段工程段盾构隧道工程，采用YSJ-01-00岩石三轴压缩流变试验机对泥质砂岩试样进行了室内蠕变试验，确定了数值模拟中Cvisc模型描述隧道泥质砂岩的蠕变特性的适用性；采用数值模拟对围岩蠕变作用下大埋深软岩盾构隧道力学特性展开了探究，结果表明：蠕变过程分为逐渐衰减和稳定蠕变两个阶段，围岩蠕变会造成内力值、弯矩以及应力值增加，从而使盾构隧道管片结构变形更加严重；当洞径不同时，其产生的围岩蠕变过程中，弯矩值、轴力值、变形值、应力值的变化趋势基本相同；如果洞径持续增大，其周边的岩石产生的压力更加明显，尤其集中体现在衬砌结构(管片)上，衬砌变形程度也更大；管片衬砌外侧接触压力与洞径成正比，同时拱腰处的接触压力所受到的影响相对较大。研究结果可为大埋深软岩盾构隧道的设计和施工提供指导。