盾构穿越保护建筑数值模拟预测与监控量测

对既有建筑下盾构穿越施工引起的地表沉降规律进行多工况系统的3维数值模拟研究,认为在地层及隧道相关参数不变的情况下,既有建筑与隧道的相对位置、既有建筑的刚度、自重等对地表沉降规律具有明显的改变作用,主要表现为对沉降量、沉降槽宽度及形式等的改变.结合上海轨道交通11号线穿越历史保护建筑上海市徐家汇观象台工程,建立全3维模型对既有建筑下盾构穿越施工全过程进行模拟,预测地表沉降量.通过对穿越过程沉降测点的监测,对数值模拟预测的合理性进行了验证.     

盾构叠交穿越施工引起的既有隧道变形分析

针对上海新建11 号线盾构隧道夹穿地铁4 号线的工况, 采用数据监测的方法, 分析了先下后上穿越施工引起的既有隧道变形规律, 采用三次样条插值法对变形曲线进行了拟合, 并得出了穿越段全长纵向的变形曲率. 基于改进的隧道纵向等效化连续模型, 得出了隧道纵向变形曲率与环缝张开量的关系, 并结合行业规范, 对先下后上多层次穿越引起的既有隧道变形提出了建议控制指标. 研究结果表明: 新建隧道先下后上夹穿既有隧道时, 应控制开挖工程中的最大变形量; 内外圈的变形集中在上行线隧道中心线左右2.5 倍盾构外径范围内; 下穿施工时,外圈由于先期扰动, 沉降量较内圈更大, 先期扰动影响主要集中在外圈中心区域. 研究成果为地铁叠交穿越, 尤其是先下后上穿越既有隧道的保护提供了一定的理论基础.     

盾构穿越既有铁路施工技术探讨

为了全面分析盾构穿越既有铁路施工技术，本文提出了先对穿越铁路的工况采用有限元模型进行模拟分析；正确地选用各种地基加固方法；控制盾构推进轴线偏差不超出允许范围及尽量减少地层变形的影响涉及的各种参数；加泥盾构工法；建立严密的监测系统等技术，希望本文能够为盾构隧道穿越既有铁路施工提供技术上和理论上的支持，为同类工程提供参考价值。     

多线叠交盾构隧道近接施工模型试验

多线叠交软土盾构隧道是随地铁建设不断发展而出现的一种复杂隧道空间布置形式.针对多线叠交盾构隧道垂直上、下穿2种典型穿越施工形式,借助室内模型试验,根据盾构隧道近接施工的技术特点和控制要求,采用排液法,重点分析了多线叠交盾构隧道在各穿越阶段下因地层损失和开挖卸荷引起的地表沉降以及既有隧道纵向变形规律.分析结果可为今后类似多线叠交盾构隧道工程的设计和施工提供理论指导.     

盾构隧道近接下穿施工对居民建筑楼群的影响研究

以深圳地铁10号线福田口岸站—福民站区间盾构隧道近距离下穿福民新村民居建筑楼群工程为依托,应用有限差分软件FLAC3D建立了包括既有建筑群、建筑基础、新建隧道和地层的数值模型,并根据实际施工方案对地铁盾构隧道的施工过程进行了数值模拟,研究在注浆预加固方案下隧道下穿施工对建筑楼群变形的影响。通过对各建筑沉降数据的分析,得出以下结论:(1)盾构隧道的近接下穿施工,将会导致既有建筑群产生一定程度的不均匀沉降;(2)在注浆预加固方案下进行施工,福民新村民居建筑楼群的最大沉降及最大倾斜度分别为18. 537 mm及0. 000 623,均小于相应规范规定的控制值,说明在注浆预加固方案下进行隧道掘进,可保证各相关民居建筑的沉降及变形控制在安全范围以内。     

软土盾构不同穿越形式对既有隧道扰动影响分析

以上海某实际隧道叠交段土层分布为背景, 采用3维有限元方法对新建隧道分别以先下后上夹穿、下穿和上穿3种形式穿越既有隧道施工过程进行模拟, 分析了在每种穿越形式下既有隧道的变形, 给出了每种穿越形式下控制既有隧道变形的合理措施. 研究结果表明, 在盾构开挖过程中, 既有隧道圆形断面不仅出现变形, 而且也出现了扭转; 新建隧道先下后上夹穿既有隧道的控制重点不是既有隧道最终沉降, 而是开挖过程中出现的最大沉降值; 下穿形式下, 控制重点为既有隧道最终状态沉降曲线; 上穿形式下, 控制重点为既有隧道的大幅度上浮. 同时对比了实测和模拟数据,验证了数值模拟的可靠性. 研究成果为地铁叠交段穿越形式的选择、施工及既有隧道保护技术提供了一定理论基础.     

浅覆土盾构穿越潮汐河流地层变形规律

当前中国城市轨道交通发展迅速,地铁开挖下穿越潮汐河流面临诸多风险。为研究浅覆土盾构穿越潮汐河流的地层变形规律,以青岛地铁四号线盾构法穿越某浅覆土潮汐河流为依托,重点考虑河流的潮汐变化,结合工程中采用的注浆压力、工作面压力等施工参数,运用数值模拟的手段建立了更加符合实际情况的起伏地层,进而对地层变形规律开展研究。研究发现河底地层变形与河道水位深度呈正相关;涨潮和退潮时的地层横向沉降曲线形状存在差异且最大沉降量相差达50%;隧道掘进在时间效应上的地表沉降可分为4个阶段,需加强对中期盾构开挖及加固阶段的监测频率。     

大直径泥水盾构穿越复杂环境地表垂直变形研究

为研究大直径泥水盾构穿越复杂环境地表垂直变形规律,考虑盾构推力、盾体间隙及其填充、壁后间隙及其填充3个影响因素,提出了施工全过程地表垂直变形理论公式.结合武汉地铁盾构越江隧道工程,对大直径泥水盾构下穿棚户区施工全过程进行了三维数值模拟.公式计算结果与数值计算结果、监测值较为接近,吻合度高于Attewell修正的Peck公式.结果表明:(1)在分析大直径泥水盾构地表垂直变形时,需要充分考虑盾体间隙惰性填充材料的填充作用,可忽略盾壳与地层摩擦力的影响;(2)地表沉降沿隧道轴线变化曲线呈倒"S"形,开挖面后方26m(约两倍洞径)范围内土体变形速率极快,需及时加固;(3)同步注浆压力由0.3MPa提升至0.5MPa,可减小43.8%的最大沉降量,注浆压力适当提升对沉降控制作用十分明显.     

盾构隧道穿越成都西特大桥群桩桩基施工变形控制技术研究

随着城市轨道交通的快速发展,盾构隧道穿越既有建(构)筑物所引起的沉降、变形等施工安全问题,引起了各方的高度关注。依托成都轨道9号线一期工程,采用三维有限元分析软件ANSYS,对盾构隧道穿越成都西特大桥群桩桩基施工变形控制技术进行了研究,提出了在穿越前采用"钢管隔离桩+地面深孔袖阀管"注浆的预加固技术,最终监测数据表明,地表沉降最大值为-9.82 mm、桩基沉降最大值为-6.97 mm,均小于监测规定值,证明了预加固的必要性。     

盾构法近距离下穿施工对既有盾构隧道的影响

新建隧道近距离下穿既有盾构隧道,势必会引起既有隧道不均匀变形.以北京地铁12号线西三区间盾构穿越机场专线为工程背景,提出了适合既有运营隧道纵向刚度折减的修正等效连续模型.模型以轨顶面为中性轴位置,可以较好考虑运营隧道对道床、钢轨等结构的影响.数值分析及与已有经验模型对比结果表明,修正等效连续模型预测值与监测值最吻合,验证了模型在本工程中的适应性.从隧道净距及地层性质两方面进行了参数分析,研究结论可为类似盾构下穿既有线路工程提供参考.     

盾构下穿已建隧道施工参数分析及监测

探讨了盾构下穿已建隧道全过程下土仓压力、同步注浆压力及注浆量、顶力及推进速度等盾构参数变化,并详细分析了已建隧道变形.结论为：前3个参数是已建隧道变形的主要影响因素,为控制性指标;通过监测反馈,土仓压力建议为静止土压力的1.5～1.8倍,且小于主动土压力;同步注浆压力应控制在地层土压力范围内,注浆量应为盾尾间隙的1.4～1.8倍;推进速度要保持在均匀低速状态,以减小对周围土体的扰动和控制长期变形.     

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.     

交叉隧道盾构施工与邻近不同位置建筑物的相互影响研究

 交叉隧道盾构施工及其与周围环境的相互影响已成为地下工程研究中的前沿课题之一。城市地铁隧道掘进会引起邻近建筑物的变形,甚至造成灾害。随着城市交叉隧道邻近建筑物施工的现象明显增多,如何确保上部建筑物与隧道结构的安全成为施工中的难题。采用三维有限元方法,对邻近不同位置建筑物工况下的新建隧道盾构下穿既有隧道施工进行了模拟和分析。研究表明,忽略邻近建筑物的存在将低估交叉隧道盾构下穿施工的影响;建筑物与交叉隧道盾构之间的相互影响存在一定范围,当新建隧道轴线与建筑物中心线的水平距离与隧道外径之比L/D=0~2时,交叉隧道盾构施工对建筑物的影响较大,特别是当L/D=1.5时,建筑物处于危险状态;L/D=0~3时,建筑物的存在会增大新、旧隧道的内力和变形,在该区域以外对隧道影响较小。研究成果对交叉隧道的安全施工有一定的指导意义。     

双线隧道盾构施工对临近 高层建筑物的影响分析

以北京市轨道交通6号线某区间盾构隧道工程实例为背景,针对双线盾构掘进先后通过临近高层建筑物的特殊情况,首先通过FLAC3D软件对该工程进行数值模拟,分析了先后盾构掘进两条平行隧道时地表最大沉降值的位置,以及盾构掘进与临近建筑物相互作用对地表沉降的影响;其次,对盾构掘进先后穿过高层建筑物的实测数据进行了分析,获得了双线盾构顺序穿越临近高层建筑物过程中地表沉降的变化规律;最后,分析了盾构施工对临近高层建筑物的影响.结果表明：在盾构面前方20 m作用的范围内,地表略微隆起,而盾构通过40 m后地表沉降基本稳定;后行隧道引起的地表沉降大于先行隧道引起的地表沉降;临近高层建筑物在隧道沉降槽影响范围内时,盾构施工对建筑物影响较大,而与双线隧道的先后施工顺序关系不大,数值计算和实测结果相符,对类似工程有一定的借鉴和指导意义.     

大直径土压平衡盾构下穿既有线U型槽结构变形

为确保盾构安全顺利地下穿地铁运营U形槽线路,避免下穿过程中引起U形槽结构过量沉降,影响运营安全,以北京新机场线2、3号风井盾构区间大直径土压平衡盾构下穿既有大兴线U形槽为工程背景,研究了砂卵石地层盾构隧道开挖对U形槽变形影响。通过对U形槽结构竖向位移、横向位移、轨道竖向位移、轨距等大量监测数据进行分析,得出盾构隧道开挖过程中既有结构的变形规律。结果表明:下方隧道开挖会造成U形槽和轨道结构产生不均匀隆起、沉降变形,竖向变形在2. 0 mm以内;隧道横向变形表现为不规则波动,变形在±0. 5 mm以内;轨距变化在±1 mm以内。既有U形槽结构竖向位移与盾构掘进参数关系密切;通过严格控制盾构施工参数,采用二次注浆、深孔注浆方式对管片背后进行填充,可大幅减少结构沉降。研究结果可为控制U形槽结构变形,确保既有线运行的安全提供借鉴。     

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.     

地铁车辆段出入线大盾构小间距超浅埋下穿河流安全施工技术

针对成都地铁18号线合江车辆段出入线大盾构小间距超浅埋下穿东风渠工程,提出了用黏土换填河底的淤泥、施工隔水层和抗浮压板、控制盾构掘进参数、改良渣土以及壁后二次保压注浆的综合措施,有效解决了下穿河流安全施工风险问题,提高了盾构隧道管片结构的抗浮能力,产生了良好的社会经济效益。建立了大盾构小间距超浅埋下穿河流安全施工技术,为今后类似工程提供技术参考。     

盾构隧道施工对邻近建筑物的影响

为了弄清盾构隧道施工对邻近建筑物的影响,分析了盾构法地铁隧道穿越建筑物时建筑物自身沉降与内力变化状况．以某框架结构办公楼为研究对象,将建筑物和开洞地基看作一个有机整体,利用有限元软件ANSYS10．0建立三维非线性有限元模型,按照结构-土体-隧道共同作用进行了计算分析．分析结果表明,建筑物基础的沉降主要发生在地铁隧道穿越建筑物的区间段内．建筑物的横向倾斜随着盾构的掘进逐渐增大,而其纵向倾斜量最大值则出现在开挖面在建筑物中线附近时;在盾构穿越建筑物的过程中柱子的等效应力增幅可达20．1％;相对于弯矩而言,建筑物构件的扭矩变化更为显著;当开挖面越过建筑物20m时其变形和内力均趋于稳定．