大纵坡隧道复合式TBM掘进推力对管片结构的力学响应分析

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。本文以重庆轨道交通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,分析了复合式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,探究了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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

地铁盾构近距离后行洞施工对先行洞影响的力学效应

为揭示苏州地铁4号线区间隧道盾构近距离施工双洞之间的影响,采用数值计算和现场监测相结合的手段,获得后行洞施工条件下引起的先行洞附加应力及变形变化规律。研究结果表明:后行洞近距离施工会引起先行洞管片的二次附加应力,且在三维方向均有作用;其中径向附加应力主要呈受压状态,环向附加应力主要呈受拉状态,轴向附加应力由受压状态转化为受拉状态,且附加应力随着后行洞盾构的掘进逐渐增大并趋于稳定状态;由后行洞施工引起的径向附加应力最大约为0.028 MPa,环向附加应力最大约为0.270 MPa,轴向附加应力最大为0.700 MPa;管片及地层变形受土仓压力及注浆压力的影响明显,盾构连续施工过程中先行洞管片整体变形较大,最大变形约为6 mm;地层由隆起逐渐转为沉降,最大隆起量约为1.45 mm,随着盾构的远离,地表沉降逐渐增大,最大达14 mm左右;结合相关施工经验,后行洞施工对先行洞的影响处于可接受范围内,能保障隧道施工和结构受力稳定。     

小净距浅埋盾构隧道相互影响机制与控制措施研究

工程实践表明,浅覆软弱地层中大直径小净距盾构隧道施工时,后行隧道施工显著影响先行隧道的安全.依托某盾构隧道工程,采用精细化数值模拟技术,建立盾构隧道施工模型,分析小净距浅埋盾构施工相互影响,并对不同净距下盾构隧道施工相互影响规律进行分析.结果表明:双线浅埋盾构隧道施工时,净距与地表沉降槽宽度呈线性正相关,与沉降峰值、管片附加变形、接头张开量和附加拉应力呈负相关;浅覆软弱地层盾构施工时应避免将封顶块置顶;陈村2号隧道净距小于5 m区段,先行隧道管片内力不满足规范要求,采取"隔断墙+水泥土搅拌桩"控制措施,实测和数值结果均表明控制效果良好,研究成果可为后续类似工程设计和施工提供参考.     

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.     

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.     

深部复合地层TBM隧道支护结构 作用的透明岩体试验研究

针对深部复合地层TBM隧道模型试验研究中出现的掘进和开挖、围岩的变形和破裂、支护结构作用机理等关键问题,基于透明岩体试验的新方法,研制出满足试验需求的"复合地层",并自主研发了掘进机模拟装置和TBM管片制作装置.在此基础上,运用数字照相量测技术,对比分析有、无支护下围岩内部的变形破裂情况,揭示了有、无支护下隧道围岩的变形破裂机制,并结合围岩变形破裂的特点,反推支护结构的作用.结果表明:1)在轴向加载、四周约束的前提下,深部复合地层TBM隧道围岩变形破裂机制为剪切滑移型(无支护)和扩容膨胀型+层状变形型(有支护).2)支护结构能遏制隧道周围变形的发展,大大减小围岩内部变形量,降低围岩的破碎程度,使围岩承载力提高2倍左右,并使围岩的应力状态由局部受拉剪变为整体竖向受压,减缓了应力集中程度,使得浅部围岩形成具有一定承载能力的承载区,并有效地抑制了底鼓,从而保护了隧道的稳定和安全.3)TBM隧道中两边墙拐角处会出现应力集中现象,在实际工程中可采用豆砾石回填灌浆、局部区域注浆加固等措施,以提高该薄弱环节的稳定性.     

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。     

基坑开挖对下卧盾构隧道的影响风险分析

目的研究基坑开挖对邻近既有下卧盾构隧道结构产生的附加应力及不均匀变形,为施工阶段既有隧道的风险评估及控制措施提供参考.方法以哈大客专沈阳站房改造工程为背景,探讨了基坑开挖卸载对下卧盾构隧道造成的主要风险因素及盾构管片破坏的类型,针对土体力学参数的空间变异性及随机性引入蒙特卡洛模拟与三维有限元相结合的方法对衬砌结构的风险事故发生概率进行定量分析.结果基坑开挖卸载之后,隧道横向位移及管片最大压应力超出规定值的概率均为0;上抬变形量及管片最大拉应力超出规定值概率分别为39.8%、2.29%.多种因素下盾构管片总失效概率为41.18%.结论基坑开挖方法要遵循减少单次卸荷量及隧道穿越跨度的原则,并且开挖后应尽量减少基坑的放置时间.     

盾构隧道下穿明挖区间隧道三维数值模拟分析

某地铁工程正线盾构隧道需下穿引出段线明挖区间隧道,针对上部隧道底部不加固、上部隧道底部加固及上部隧道底部不加固+盾构反向掘进三种不同工况,对盾构掘进中引起的周围土体变形及上部明挖区间隧道位移进行了详细分析。计算结果表明:上部隧道底部土体加固能控制上部隧道沉降变形,但加固对新建隧道及其周边土体变形影响很小;因上部隧道在平面上为曲线型,盾构掘进方向对上部隧道有一定的影响,对新建隧道管片及周边土体变形影响较小;采用注浆加固后,上部隧道沉降变形得到了较好地控制,最大可降低10%的沉降,同时可根据具体控制要求,选择合适的加固强度。     

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。     

埋深对TBM法掘进隧道应力变形的影响

为了研究不同隧道埋深对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响,对TBM法掘进隧道时的围岩稳定性进行有限元数值分析,分析不同埋深条件对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响。计算结果表明,随着埋深的增加,应力、位移、塑性区、发生岩爆的几率都有不同程度的增加。地应力以构造应力为主,洞周不存在拉应力区,塑性区呈环状分布。当埋深较大时,进行管片收敛变形计算时采用MC准则要优于DP准则,当侧压系数增大时,管片应力变形有不同程度的增加。掌子面附近管片收敛较小,往洞口方向收敛变形值逐渐增大,在距掌子面500 m之外的管片收敛变形趋于稳定。     

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.     

关于重庆地铁复合式TBM掘进施工监理方法的探讨

地铁复合式TBM掘进施工具有施工周期长、施工项目多、施工技术复杂、不可预见的风险因素多以及对社会环境影响大等特点，因此地铁施工属于一项高风险的建设工程。上海建科工程咨询有限公司在承建重庆市轨道交通六号线二期复合式试验段工程盾构工程监理中，组织科研及技术人员对此进行了复合式TBM掘进施工监理方法的研究，为盾构机实现快速掘进高效优质建设该工程创造了条件。     

小曲率盾构隧道管片施工附加内力计算模型研究

由于盾构隧道施工阶段结构受力复杂，尤其是对于小曲率盾构隧道，千斤顶推力容易引起较大的附加弯矩。为了解决小曲率盾构隧道附加内力计算问题，以某地电缆隧道盾构施工工程为背景，对千斤顶推力进行简化分析，提出了千斤顶推力引起的附加弯矩计算公式。根据公式计算结果，附加弯矩随盾构机的外径和长度增大而增大，随盾构隧道转弯半径减小而增大。针对该工程项目的具体结构尺寸对千斤顶推力的设置提供建议，计算结果可为类似工程提供一定的参考。