大纵坡隧道复合式隧道掘进机掘进推力对管片结构的力学响应分析

隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)在进行大纵坡隧道上坡施工时的掘进推力控制不当易造成管片错台、上浮甚至结构失稳等问题,因而研究大纵坡隧道TBM掘进推力对管片结构的力学响应具有重要的工程意义。以重庆轨道交通9号线刘家台始发井—鲤鱼池站区间坡度为3.9%的复合式TBM隧道施工为例,采用基于荷载-结构法的隧道纵向梁-弹簧模型和数值模拟法,分析复合式TBM在大纵坡隧道掘进过程中不均匀千斤顶推力作用下产生的附加作用力特征,探究管片结构在附加作用力影响下内力分布规律及其变形的薄弱区域,以及管片结构变形甚至破坏的表征,从而寻求具体控制TBM施工掘进推力的有效措施。研究成果可为规范大纵坡隧道TBM施工中的推力分区和选值提供借鉴。     

不同坡度TBM隧道施工对开挖面稳定性的影响

近些年来TBM隧道施工被广泛应用于地铁隧道的建设中,由于线路规划需要和地形条件的限制,在一些特殊地段可采用纵坡隧道.TBM在迎坡掘进时,因为坡度的存在刀盘会与开挖面发生分离现象,导致开挖面前方岩土体在侧向土压力的作用下朝向刀盘移动,对开挖面稳定性造成不利影响.因此,以重庆轨道交通九号线刘家台站—鲤鱼池站迎坡段区间为依托,对大纵坡TBM隧道施工时引起的开挖面稳定性问题进行分析.采用数值模拟计算方法并结合现场实际工程项目,以隧道坡度作为变量设定多个模拟工况,分析了不同坡度值条件下开挖面处岩土体的应力变化规律及岩土体的横向、纵向、竖向变形规律,研究成果可为纵坡段TBM隧道施工时解决开挖面稳定性问题提供借鉴.     

地铁低瓦斯区间小间距重叠隧道大直径盾构施工技术

针对成都地铁18号线天府新站-龙泉山隧道进口端盾构区间和合江车辆段出入线组成的上下重叠隧道进行了施工技术研究,提出了"下部隧道盾构掘进参数控制+下部隧道围岩和夹层土体注浆双加固+下部隧道内设管片支撑结构+上部隧道盾构掘进参数控制"施工措施,建立了地铁区间小间距重叠隧道大直径盾构施工技术。经管片支撑结构应力、地表沉降和下隧道管片结构变形监测结果分析,验证了建立的技术的可行性,安全快速地完成了施工任务,对今后类似工程提供参考。     

TBM辅助油缸推力下的衬砌管片受力分析

文章分析了在辅助油缸推力作用下管片纵向的受力特点,根据受力特点提出相应的三维有限元数值模拟方法,并对均匀施加油缸推力和偏心施加油缸推力进行了分析对比.结果表明,辅助油缸的推力对施工阶段管片的位移、应力有明显的影响,辅助油缸的推力作用是管片在TBM施工状态下最不利的工况,特别是推力所作用的那一环管片,因为该环没有受到来自围岩和豆砾石回填层的紧箍作用,将产生不均匀的压缩变形和环向的张开变形,偏心的辅助油缸推力加剧了对管片的不利影响,不均匀轴向压缩变形和环向张开变形增大,拉应力分布区域增大,螺栓孔部位应力更加集中.     

考虑围岩蠕变特性的南京过江隧道变形规律预测分析

大型水下隧道由于渗漏水风险大、安全控制难,常采用掘进机开挖法施工,并采用管片拼装式结构;接缝众多的管片拼装式衬砌结构变形破坏机理与预测,成为水下隧道设计和安全控制的难点.依托南京市某过江隧道,基于黏弹塑性理论,采用广义指数型应变率蠕变模型,建立了考虑围岩渐进破坏过程的管片拼装式衬砌结构隧道施工全过程三维数值模拟模型,系统分析了接头缺陷位置、接头缺陷程度、掘进力、围岩压力、围岩蠕变性对隧道变形的影响规律,揭示了含管片拼装初始缺陷的水下隧道衬砌结构变形的时空效应.该过江隧道衬砌结构最大拉应力、水平位移及竖向位移的影响因素及其敏感度等级：初始应力>掘进压力>缺陷位置>缺陷程度.大型管片拼装式水下隧道变形安全影响因素及规律复杂,特别是掘进推力、初始应力场、围岩蠕变性之间不存在单一变化规律,建议具体工程应进行具体分析.     

基坑开挖对既有近距离下卧隧道影响实测分析

为研究基坑开挖施工对既有近距离下卧隧道变形的影响,结合南宁某基坑工程,论述并验证既有隧道的加固保护措施,并通过基坑施工过程中对下卧隧道的全过程监测,分析基坑开挖施工对下卧隧道的影响。结果表明：开挖阶段管片发生明显的突变上浮,靠近基坑中部区域的隧道管片变形较大；左右线上浮变形初期受开挖顺序影响很大,最终表现为卸荷量大的一侧变形较大,同时左右线隧道的变形在逐渐趋于一致；分区开挖对管片的净空收敛没有明显的抑制作用；隧道上覆土过浅时,结构浇筑会对管片产生明显的加载压缩效应。     

盾构与浅埋暗挖隧道小净距并行施工工法优选

针对新建暗挖隧道对已建盾构隧道的影响,以济南地铁R3线盾构与浅埋暗挖隧道小净距并行段为依托,对暗挖隧道不同施工工法进行模拟优选,分析在帷幕注浆加固条件下新建暗挖隧道对已建盾构隧道管片变形及应力的影响,并结合现场实测数据对比验证优选施工方法的可靠性.研究结果表明:暗挖隧道施工工法对于地表沉降和隧道管片的变形影响显著,其中交叉中隔墙(cross diaphragm,CRD)法和双侧壁导坑法在控制地表沉降、管片变形及应力方面差异较小,且两者均优于核心土法和中隔墙(center diaphragm,CD)法.综合考虑施工速度、影响范围以及地表与既有盾构隧道变形控制等因素,确定暗挖隧道采用CRD法施工.现场监测表明采用优选的施工工法可以保证地表变形和盾构管片变形控制在允许范围之内.     

双侧卸载工况下盾构隧道错缝拼装结构变形特征

依托厦门地铁2号线区间隧道,采用相似模型试验和有限元数值模拟分析了隧道双侧卸载工况下结构的受力变形特征、破坏形式及损伤过程,得到盾构隧道管片错缝拼装结构在双侧卸载工况下的变形控制指标.结果表明,管片混凝土裂缝宽度达到设计允许值0.15 mm时的收敛变形值为3.29‰D(D为隧道直径);螺栓屈服时收敛变形值为10.67‰D,结构破坏形式表现为由管片开裂、螺栓屈服直到变形过大并垮塌.     

深埋隧道破碎围岩段单护盾TBM掘进过程中的卡盾研究

当用单护盾隧道掘进机(TBM)开挖深埋隧道的破碎围岩段时,会出现围岩松动甚至坍塌,从而可能导致在掘进过程中出现卡盾现象,因此很有必要对深埋隧道破碎围岩段单护盾TBM掘进中的卡盾机理给出具体的计算公式。将围岩看作松散体,采用普氏压力拱理论来计算围岩对护盾的压力,求得摩擦阻力,建立卡盾的力学临界条件。研究表明,当护盾的摩擦阻力与TBM连续掘进的工作推力之和不大于TBM的最大推力时,不发生卡盾;否则会发生卡盾。最后采用推导出的公式对一工程实例是否会发生卡盾现象进行预测。研究结果可为隧道破碎围岩段的TBM掘进提供重要参考。     

苏州市轨道交通3号线重叠隧道盾构掘进参数控制值研究

依托苏州市轨道交通3号线土建Ⅲ-TS-14标现娄区间重叠隧道工程特点,详细介绍了管片衬砌结构设计和施工组织技术,选取重叠段中间50环管片对应的盾构掘进参数进行了统计分析,包括掘进速度、同步注浆压力与注浆量、土舱压力、盾构推力与扭矩、刀盘转速、出土量、二次注浆压力与注浆量,解决了软土重叠隧道盾构掘进参数控制值问题,为今后类似工程提供技术指导。     

新建盾构隧道下穿既有隧道剪切错台变形计算

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道正交下穿对上方既有地铁盾构隧道的影响.考虑新建隧道下穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力以及注浆附加压力在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有地铁盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量、环间剪切力值以及这三者随着新建隧道掘进的三维变化过程.研究结果表明:用剪切错台模型和最小势能原理计算得到的既有盾构隧道竖向位移值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定.     

铁路隧道建设理念和设计原则

铁路隧道的建设正处于前所未有的大发展时期，笔者在总结大量工程成功经验和失败教训的基础上提出了铁路隧道建设的基本理念：隧道必须建成遗产工程；隧道必须进行科学的风险评估；隧道建设必须合理工期、合理造价、合理合同、合理施工方案和设计原则；隧道必须进行信息化施工。提出了单双线隧道选择、隧道纵坡及辅助导洞设置、支护结构设计以及快速施工等隧道设计原则。隧道建设的理念和设计原则可指导今后铁路隧道的规划、设计和施工。     

邻近堆载诱发既有隧道受力变形研究

地表堆载会引起邻近土体产生沉降变形,进而会对地下空间中的邻近隧道造成安全威胁。为了获得邻近既有隧道受到地表作用的影响,采用Boussinesq解获得地表堆载对邻近既有隧道的竖向附加应力,将既有隧道简化成搁置Vlasov地基模型的Euler-Bernoulli梁,引入既有隧道侧向土体影响,进一步获得隧道在邻近堆载作用下的变形响应。通过与既有工程案例数据对比分析可知：该方法理论解析与监测数据较为接近,验证了方法的可靠性;与该方法退化解析对比,本文方法更贴近工程实测数据。参数研究表明：隧道与堆载中心间距的增大会引起隧道纵向位移及内力的减小;堆载荷载的增大会引起隧道纵向位移及内力的增大;随着既有隧道刚度的逐渐增大,隧道纵向位移会逐渐减小,但会引起既有隧道内力的增大。     

大跨度卸载对下卧盾构隧道影响的数值分析

结合哈大客专沈阳站房改造工程研究了大跨度卸载对下卧既有盾构隧道管片及接头的影响.为准确反映管片环向接头在附加荷载作用下的张开、错位等情况,基于Flac3D建立三维模型,运用嵌入式梁单元模拟了螺栓接头,并针对实际工程中坑底堆载保护措施进行了数值计算.结果表明,既有隧道在2倍卸载宽度范围内发生隆起变形,最大隆起量为1593mm,最小纵向曲率半径为28248m,并且管片环向接头在附加荷载作用下产生的错位量及张开量分别为067,137mm,各项控制指标均满足工程要求.表明坑底堆载措施能保证盾构管片及接头在上部基坑施工期间的安全性.     

基于复杂地质岩机作用的多维度隧道掘进机适应性评价方法

为了解决高强度高磨蚀硬岩地层TBM掘进“低效高耗”、断层破碎带地层“刀盘受困”、高地应力挤压性地层“护盾被卡”等隧道施工难题,基于TBM滚刀、刀盘、护盾与隧道围岩的相互作用,通过多个TBM法隧道工程数据统计分析,揭示了滚刀贯入度指数与岩体特性指标、滚刀破碎体积磨损速率与岩体特性指标、TBM设备利用率与断层宽度、围岩相对变形量与强度应力比的函数关系,建立了基于滚刀可掘性和耐磨性、刀盘受困和护盾被卡风险的多维度TBM适应性评价方法,为复杂地质隧道修建TBM工法选择、装备设计及施工难题的解决提供了量化依据。     

不同岩体质量隧道TBM施工性能评价方法

为了预测、评价、提升不同围岩质量隧道TBM施工能力,通过对国内外多个隧道工程TBM施工数据回归分析,建立了设备利用率、掘进速率等TBM施工性能指标随岩体质量的变化规律。统计结果表明TBM设备利用率与岩体质量指标RMR呈线性函数或二次函数关系、TBM掘进速率与岩体质量指标RMR呈二次函数关系;TBM设备利用率随岩体质量参数的增大而递增;TBM掘进速率随岩体质量参数的增大先升高再降低,在III级围岩时达到峰值;TBM施工速度随岩体质量参数的增大先升高再降低,在II级围岩时达到峰值。基于此,提出了不同岩体质量隧道TBM施工性能评价方法,并利用滇中引水工程香炉山隧洞TBM施工数据对该方法进行了验证。研究成果可用于预测拟建隧道TBM施工工期和评价在建隧道TBM施工性能。     

秦岭隧道TBM机-石界面的界定分析

对我国铁路隧道首次使用的全断面掘进机在秦岭隧道施工中的破岩形式和机理进行了分析,基于其破岩形式和刀具磨损情况,界定了单把刀的推力模型．进而将其扩展到整个刀盘,对不同切深和岩石强度下的推进力进行了数值计算,为掘进机主机工作参数的选取奠定了基础．     

基坑施工降水对邻近地铁隧道的影响

基坑施工降水对邻近地铁隧道产生附加沉降,正确评估其大小及对地铁运营安全的影响具有重要意义。介绍了某工程基坑支护结构及周边复杂环境条件,考虑基坑围护桩人工挖孔桩施工降水实际情况,在某些假定条件下,采用简化大井降水分析方法。分五种工况对围护桩施工降水对邻近地铁隧道产生的附加沉降进行了计算分析。结果表明:考虑降水对地铁最大影响时,地铁隧道产生的最大沉降为5.7 mm,不满足地铁运营线路轨道变形的要求;采用跨三桩施工降水可将地铁隧道产生的附加沉降控制在地铁运营线路轨道变形范围内。针对减少基坑施工降水对地铁隧道的影响,提出了一些建议与措施。     

无中导洞连拱隧道掌子面纵向间距优化

作为一种大跨径地下结构形式连拱隧道结构复杂,无中导洞法能在提高施工速度的基础上降低中隔墙渗漏水。为研究连拱隧道无中导洞法施工活动对隧道先后行洞的影响程度,以陈家滩隧道为研究对象通过数值模拟,研究了不同间距下先后行洞的影响范围、先后行洞的影响程度以及中隔墙的倾覆趋势。结果表明：当先行洞开挖至控制截面5m范围内对围岩的影响最大,其围岩位移释放系数增量达到了40%以上;超过控制截面10 m时其围岩释放系数达到了93%以上,影响程度较小;超过20 m时影响程度可以忽略。当先后行洞纵向间距大于35 m时影响程度S值接近10%,纵向间距大于40 m时S值小于10%。从中隔墙的倾覆程度来看当先行洞开挖完成时,中隔墙的倾斜程度达到最大,倾斜角约为3.28×10-4;而纵向间距大于30 m时倾斜角差值为0.351×10-4,此时中隔墙倾斜程度较大极差较小,有利于中隔墙受力。故先后行洞开挖掌子面纵向间距建议控制在30 m~40 m左右。     

静压桩沉桩施工对临近隧道的影响

基于圆孔扩张理论运用FLAC^3D 有限差分软件模拟了静压桩沉桩挤土过程, 并对土体位移的数值模拟结果与解析解计算结果进行了对比, 二者的计算数值与变化趋势吻合得较好. 在此基础上, 运用位移贯入法模拟沉桩的摩擦作用, 使沉桩全过程的计算结果更趋近于实际情况. 基于此数值模拟方法分别计算沉桩深度为4, 8, 12, 16, 20 m 的沉桩行为对临近隧道的变形与内力影响, 得出了以下结论: 静压桩沉桩对邻近隧道的变形有较明显的影响.随着沉桩深度的增加, 隧道结构位移也随之增大, 且以水平位移为主. 当沉桩深度达到20 m 时, 隧道结构最大位移为11.55 mm. 沉桩过程亦使隧道产生一定的扭转: 沉桩深度为4, 8, 12, 16 m 时, 隧道顺时针偏转(背向沉桩方向);沉桩深度为20 m 时, 隧道逆时针偏转(朝向沉桩方向). 随着沉桩深度的增大, 隧道结构的附加弯矩从对称竖向轴线分布逐渐向逆时针方向偏转至对称横向轴线分布; 沉桩后隧道的弯矩图有逆时针扭转的趋势(转向沉桩侧), 且大部分隧道结构的弯矩绝对值有减小趋势.