盾构隧道内机械法修建废水泵房技术研究

为解决采用传统矿山法修建废水泵房存在工期长、风险大等问题以及在机械法联络通道内修建废水泵房作业空间狭小、二次拆除管片风险大等问题，提出采用机械法在盾构隧道内修建废水泵房，明确上部接口和下部封底2项关键技术，并通过数值模拟分析地层水压力对封底混凝土力学性能的影响，最后将该修建技术应用到北京地铁17号线望—勇区间隧道中。研究结果表明： 1）考虑安全系数不小于1.4的情况下，1.0 m厚C30混凝土封底水压可用于不超过0.3 MPa水压的地层条件； 2）封底混凝土与外盾相连接的角部为薄弱部位，其破坏模式呈异形“八”字分布； 3）盾构隧道内采用机械法修建废水泵房能有效保障施工质量，泵房容积大，可有效减少潜水泵的启停次数，降低维修时间和成本，减少对线路运营的影响。     

海底隧道工程盾构始发井水下封底混凝土施工

深圳前湾过海隧道工程盾构始发竖井,直径18 m,深28.54 m,采用沉井法施工,水下混凝土封底,封底厚度4.5 m.属大体积混凝土施工,如何保质、保量、按期完成封底工作,是一个值得研究的问题.结合工程实际及相关计算理论,介绍了高水压海滩地层中盾构始发井井底水下大体积、大面积、封底混凝土施工技术.     

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。     

地铁盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术研究

文中以武汉地铁8号线三期野芷湖站-中间风井区间盾构隧道下穿建(构)筑物群为工程实例,通过对盾构隧道施工主要风险的分析,采用一种新型惰性浆液三次注浆的工法控制地层沉降。采用FLAC3D有限差分软件建立三维数值模型,对盾构施工全过程进行了三维仿真数值模拟,通过数值分析及施工过程中沉降监测数据,对现场沉降控制措施进行评估,结果表明,该工法有效地控制了地面建(构)筑物的最终沉降量,确保了建(构)筑物的安全。     

盾构到达钢套筒辅助接收施工技术研究

盾构接收施工是隧道施工中的关键点,也是盾构隧道施工中极易出现事故的阶段。文中以长沙市地铁1号线黄兴广场站—南门口站区间隧道盾构到达钢套筒辅助接收为工程背景,介绍了钢套筒接收施工方案;采用FLAC~(3D)构建钢套筒模拟原始地层进行盾构机接收三维数值计算模型,研究了盾构接收过程中土层、钢套筒及加固区的变形规律,结合数值计算结果提出了盾构接收施工控制措施。     

地铁隧道初期支护参数优化研究

武汉轨道交通3号线是国内第1条下穿汉江的地铁线路,由于过江区间处于特殊地层条件,遂采用矿山法结合盾构法完成施工。矿山法施工的隧道支护效果对盾构的顺利通过起着关键性作用。为了降低工程风险,减少工程成本,采用FLAC 3D软件进行计算,结合正交试验设计方法,对锚杆长度、锚杆排距和混凝土等级等初期支护参数进行优化分析。结果表明:1)将正交试验方法引入数值模拟中进行优化设计是可行的,该方法不仅简便,而且能显著减少试验次数;2)得出各支护参数对隧道变形及造价的影响规律,并最终确定了最优支护参数;3)验证了最优支护参数的可行性,结论具有一定的理论研究意义和工程应用价值。     

盾构近距离侧穿桥梁及下穿公路变形规律与控制技术研究

以厦门地铁2号线区间隧道下穿天竺山立交桥及沈海高速公路施工为依托，对上软下硬地层盾构隧道侧穿桥梁及下穿高速公路施工对桥梁及路面的变形影响展开研究，采用FLAC 3D模拟不同盾构施工参数对桥梁及路面的变形影响规律，并将实测变形值与预测变形值进行对比，验证数值模拟结果的可靠性。研究结果表明：对于上软下硬地层地铁隧道盾构侧穿桥梁及下穿高速公路施工时，增加土仓压力和增加注浆层厚度可以有效减小桥梁及路面的变形量，并有效降低桥梁与路面间伸缩缝两侧的差异沉降值；通过减小地层应力释放，可以减小桥梁及路面的变形量。因此，对于上软下硬地层，通过合理设置盾构施工参数可将桥梁及路面的变形控制在其允许范围之内，这对于缩短工期和节约工程造价具有重要意义。     

地铁隧道短台阶矿山法施工地层沉降三维数值分析

针对北京地铁四号线石榴庄路站-角门北路站区间隧道短台阶矿山法施工,用FLAC3D程序对不同的施工工况进行了三维数值分析,得出施工引起的土体中的位移场及地层下沉情况,分析结果可用于指导设计与施工。     

盾构刀盘形式对砂卵石地层扰动状态的影响

盾构刀盘形式的选择是砂卵石地层盾构掘进面临的关键问题。为解决这一问题,以兰州地铁1号线一期工程为背景,综合运用现场调查、实验室试验、三维离散元数值模拟、现场原位监测等方法,对砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降的机制进行了研究。1)通过室内大直径(300 mm)试样三轴压缩试验获得了砂卵石地层的应力-应变曲线,基于试验结果和EDEM离散元三轴数值试验,标定了离散元数值模拟需要的参数。2)基于Solidworks软件建立了面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构三维机械模型。3)将盾构三维机械模型导入离散元软件EDEM中,建立了砂卵石地层盾构掘进过程的三维离散元模型;将模拟结果与现场监测数据对比,揭示了面板式刀盘和辐条式刀盘土压平衡盾构掘进对砂卵石地层扰动状态和地表沉降的影响机制。面板式刀盘土压平衡盾构掘进,刀盘前方、上方的"强烈扰动区"范围为(0.3~0.5)D(D为刀盘直径);辐条式刀盘土压平衡盾构掘进的"强烈扰动区"范围不足面板式刀盘的1/3,且扰动程度轻。     

砂卵石地层中复合式土压平衡盾构掘进参数及地层变形规律研究

依托兰州城市轨道交通1号线某区间试验段工程,对砂卵石地层中双洞地铁隧道盾构选型和地层变形进行研究。引入盾构扭矩和推力的数学计算模型,计算结果应用于现场工程施工和有限元三维数值模拟中,分析了双洞隧道先后施工时,地层沉降槽的范围、特征、变化规律以及开挖引起的横向和纵向水平方向上地层位移影响范围和影响规律。结果表明： 1）越接近地表,隧道先后开挖对沉降槽的扰动效应越弱; 2）由两隧道同向先后施工引起的地层最终沉降槽非对称特征明显; 3）水平向地层的扰动效应叠加,地层易出现剪切变形,需采取必要防护措施; 4）现场监测结果与数值模拟结果基本一致,证明所采取的施工工法合理,施工沉降总体控制效果良好。     

一种跨海地铁隧道盾构始发端头加固方法

海滨地区的地下水贮藏丰富,且常常同海水存在水力联系。为了降低跨海地铁隧道的盾构始发风险,以厦门地铁3号线跨海区间工程为例,遵循"先封闭降水,后土体加固"的技术思路,提出了一种素混凝土地下连续墙与高压旋喷桩相结合的盾构始发端头加固方法,并针对该加固方法给出了配套的施工降水及洞门防水设计方案。实践表明:该方法在海滨富水砂层可以有效阻断地下承压水,保障土体加固效果,降低盾构始发风险。此外,为防止素混凝土地下连续墙在盾构推力作用下发生脆性破裂,影响施工安全,利用FLAC3D数值模拟软件对不同盾构推力作用下的墙体应力状态进行分析,得出保证素混凝土地下连续墙完整性的盾构有效推力控制范围值。     

考虑密封垫表面工作状态的盾构隧道接缝防水能力数值模拟研究

针对目前施工中盾构隧道防水密封垫经常出现粘贴不牢、沾水、不涂抹润滑剂等情况，构建了密封垫防水能力数值计算模型，将数值方法计算结果与常规计算结果进行对比，并对密封垫在底部与管片槽口粘贴、密封垫顶部涂抹润滑剂及沾水等多种工作状态下的防水能力进行研究。结果表明： 1）计算时是否考虑密封垫表面工作状态导致的闭合压缩力、平均接触应力结果差异分别为3.3%、23.9%，因此考虑表面工作状态的密封垫防水能力评估较为合理； 2）由于粘贴效应约束了密封垫底部的横向变形，其因此闭合压缩力及平均接触应力均大于不考虑底部粘贴效应的计算结果，影响值范围分别为31%~199%、0~245%； 3）密封垫顶部涂抹润滑剂能够减小闭合压缩力、增加接触面平均接触应力，影响值范围分别为4.7%~19.9%、6.5%~111%； 4）密封垫沾水时，闭合压缩力降低29.1%, 接触面平均接触应力降低8.7%； 5）在长期工作情况下，由于密封垫表面接触状态的变化，其平均接触应力整体呈下降趋势，最终下降约23.9%。     

大埋深富水裂隙岩层土压平衡盾构填舱注浆施工技术

为解决穿越大埋深富水节理裂隙发育岩层的土压平衡盾构隧道施工过程中发生的开挖面涌水和地表沉降过大的问题,依托广佛环线沙堤隧道工程,对土压平衡盾构填舱注浆施工技术进行研究,并利用有限差分软件FLAC3D对填舱注浆技术进行数值模拟分析。研究结果表明： 1)土压平衡盾构穿越深埋富水裂隙岩层时,隧道洞周围岩变形较小,而地表沉降及建筑物变形对地下水流失较为敏感; 2)将气压平衡和土舱填舱注浆处理技术相结合,辅以微扰动等施工控制方法的填舱注浆成套施工技术能够有效解决施工过程中的喷涌现象及地表建（构）筑物沉降过大的问题; 3)采用填舱注浆技术进行堵水时,应保证开挖面内填舱注浆范围和注浆参数选取的合理性,并应考虑注浆厚度对施工进度的影响。     

地铁区间重叠隧道近接施工数值分析

城市隧道建设中,由交叉重叠的隧道施工引起对周围环境的多次干扰通常是不可避免的,这将对地面结构和既有地下工程产生负面影响。如何控制盾构隧道施工引起的沉降和隧道变形,确保隧道及邻近建筑物的安全,是设计和施工过程中必须考虑的问题。对此,依托某地铁隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D模拟先下洞后上洞的开挖施工条件,计算上下洞盾构掘进引起的地表沉降、既有隧道连续墙侧移和下洞隧道断面收敛,分析总结了重叠隧道下穿既有隧道引起周围环境变形的规律。     

盾构隧道管片密封垫防水失效模式及改善研究

为探究盾构隧道防水失效形态、接缝密封垫失效模式及密封垫防水能力改善方法,首先基于统计资料,分析在建盾构隧道渗漏的宏观形态; 其次利用ABAQUS软件建立二维模型,采用平均接触压力作为评价指标,分析盾构隧道管片接缝处于不利工况下的失效模式; 最后结合橡胶硬度参数、密封垫孔洞参数调整,研究密封垫防水性能改善方法。主要得到如下结论： 1）错缝拼装盾构隧道渗漏的主要形态是管片接缝渗漏,且多发生在T字缝。2）对密封垫防水危害最大的是管片接缝张开和外张角,且渗漏均发生在密封垫与密封垫接触面。3）密封垫垫间平均接触压力与橡胶硬度呈线性正相关; 从密封垫垫间平均接触压力的保持效果来看,调整闭合孔的效果最好。     

盾构近距离下穿既有地铁隧道沉降控制技术研究

以北京地铁某区间盾构下穿既有隧道工程为背景,运用FLAC3D软件对施工过程进行模拟,结合现场实时监测数据对沉降进行分析,并通过对盾构近距离下穿既有线路的整个施工过程进行调查、研究与分析,提出盾构下穿既有隧道沉降控制的有效技术措施。结果表明： 1）设置试验段,根据试验段监测反馈对施工方案进行调整,对穿越段施工有极大的参考意义; 2）适当增大推进土压,提升推进速度,可提高沉降控制效果; 3）设置聚氨脂隔离环和注入克泥效,在沉降控制中起到了十分积极的作用。     

盾构管片接缝传力垫层的接触特性试验研究

为了研究盾构管片接缝的接触特性,采用带有橡胶垫层的混凝土试件来模拟盾构管片和橡胶垫层,通过加卸载条件下的直剪试验和单轴压缩试验,探究盾构管片接缝和接头处的切向和法向接触特性。由试验结果可知:1)接触面剪切应力随剪切位移的变化过程可以分为弹性变形、弹塑性变形和应变软化3个阶段,剪切峰值应力的残余百分比为55%~65%;2)橡胶垫层在混凝土之间起到了良好的缓冲作用,对管片的失稳破坏过程有一定的延缓作用;3)根据试验结果得出管片混凝土强度等级为C50、传力垫层厚度为2 mm时接触面的切向和法向接触刚度,为盾构管片接缝传力垫层接触摩擦特性的分析计算提供参考。     

瘦西湖超大直径盾构隧道施工对周边环境影响分析

大直径曲线盾构隧道中,盾构掘进时盾构对其两侧和拱顶上方的土体作用不同,不同位置土体表现出不同的变形规律。为了保证曲线盾构隧道施工安全进行,并针对变形的差异性提出相应的解决方案,采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析,监测项目包括地表沉降、分层沉降、土体深层水平位移。研究结果表明:1)随着隧道掘进,地表沉降呈现反"S"形变形趋势,与3个变形阶段对应,即盾构切口到达时缓慢隆沉,盾构通过时沉降较快,盾尾脱出时沉降趋于稳定;2)横向沉降槽曲线中,掘进时隧道掘进方向曲线内侧沉降量比外侧对称位置沉降更大;3)土体水平位移在隧道掘进方向曲线内侧变形量小于外侧变形量。     

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。