浅埋暗挖隧道施工中纵向地表下沉的规律

在浅埋暗挖隧道施工中,地表沉降和拱顶下沉的信息可明显反馈围岩和初期支护的稳定状态,要实现信息化施工和控制施工中产生不利环境影响,必须了解和掌握地表沉降和拱顶下沉的变化趋势.基于南京地铁2号线钟灵街马群段浅埋暗挖隧道矿山法施工中地表沉降和拱顶下沉的实测资料,分析总结了相应条件下隧道施工中地表和拱顶下沉的大小和分布规律,得出浅埋暗挖隧道沿纵向开挖时对工作面前后的主要影响范围,分别为1.5D和3D(D为隧道跨度),变化趋势为缓慢下沉快速下沉收敛稳定;并根据滞后的拱顶下沉与地表下沉趋势的一致性,提出可以通过施工中纵向地表沉降的规律预测拱顶下沉的发展趋势.     

地铁车站多工法施工的地层变形研究

以重庆交通轨道环线冉家坝地铁车站为工程依托,采用现场监控量测方法研究了双侧壁导坑法开挖、侧洞法开挖及明挖法施工下的地层变形规律。结果表明:3种工法下明挖法引起的地表沉降变形最小,双侧壁导坑法开挖次之,侧洞法引起的沉降变形最大;2种暗挖施工下初次开挖扰动引起的地层变形最大,占总沉降量的50%以上。分析隧道拱顶变形发现,变形过程可分为左导洞开挖后的快速沉降阶段、左右导洞开挖及时支护后的过渡变形阶段和临时支撑拆除后稳定变形阶段,且2种暗挖工法下的拱顶变形曲线均可由指数函数拟合。     

市政道路下大断面平顶隧道浅埋暗挖施工应注意的问题

结合工程实例，对大跨平顶直墙隧道浅埋暗挖施工中易出现的问题进行讨论，并针对相应的问题提出了处理措施。     

单柱双联拱地铁隧道地表沉降分析

地铁隧道施工阶段及施工后期诱发的地表沉降是造成各种建、构筑物产生外观及功能上损害的主要原因,因此,研究由浅埋暗挖施工引起的地表沉降问题具有重要意义.以某地铁车站暗挖工程为研究背景,采用FLAC3D数值分析的方法,对该地区浅埋暗挖施工引起的单柱双联拱地铁隧道地表沉降进行了数值模拟,同时分析了隧道变形的实测数据及施工工序对沉降的影响.研究表明:中洞开挖引起的沉降较快,而由于中柱支撑侧洞开挖引起的沉降较慢,在施工过程中应当引起注意.该研究为工程的顺利实施提供了依据和指导,可供类似工程参考.     

紧邻建筑物浅埋暗挖车站的施工技术

结合沈阳地铁中街站实际工程,对浅埋暗挖施工中横通道及导洞开挖、大跨度初支扣拱关键技术进行了研究,提出了系列建筑物和管线安全保护措施。对施工过程中地表沉降、拱顶下沉、管线沉降及建筑物沉降等指标进行了监控量测。对监测结果的分析表明,采用系列沉降控制措施后,该浅埋暗挖车站施工过程中各沉降值均控制在了预警值范围内,周边建筑物及管线均处于安全状态。     

某超浅埋暗挖大断面矩形地下通道地表沉降特性

依托某超浅埋暗挖矩形大断面地下通道工程,应用现场实测与数值模拟相结合的方法,深入研究了地下通道施工过程中地表横、纵断面沉降发展规律.主要结论如下:(1)超浅埋暗挖条件下,矩形隧道覆土厚度增加,地表沉降量增大,沉降槽宽度变大.洞高增加时,地表沉降明显增大,沉降槽宽度也增大,在超浅埋暗挖通道设计确定洞高时应考虑对地面沉降的影响.(2)超浅埋暗挖大断面矩形地下通道施工过程中,在掌子面前约6.0m处,开始产生沉降;型钢拱架闭合后约10.0m处,地表沉降开始逐步趋于稳定.(3)超浅埋暗挖大断面矩形地下通道施工过程中,以型钢拱架闭合前后为分界线,将地表沉降分为2阶段,第一阶段由掌子面开挖引起土层应力重分布及管棚变形引起,约占总沉降量57%～72%,第二阶段由型钢拱架变形、地基土沉降及覆土层进一步密实引起,约占总沉降量28%～43%.(4)左、右导洞施工过程中,中导洞及其上方土体经过多次扰动,造成中导洞上方沉降较大.应采取超前注浆加固、精心施工、回填注浆等措施减少沉降并降低塌方风险.(5)由于中导洞开挖过程中地面沉降增加量较小,且扰动后土体坍塌往往较为突然,故开挖时除关注地表沉降外,应加强对掌子面的观察以及拱顶沉降、洞内收敛等方面的监测.     

下穿隧道围岩蠕变对地下人防工程底板受力及变形影响研究

随着城市地铁建设进程加快,地铁隧道下穿人防工程时有发生,隧道和人防工程之间的相互影响成为目前迫切需要解决的问题。由于岩土体具有蠕变特性,研究其蠕变条件下的长期稳定性成为研究热点。采用D-P屈服准则耦合时间硬化率蠕变模型的有限元软件,研究了隧道不同埋深和直径以及穿越地下人防工程时围岩蠕变变形以及人防工程底板弯矩变化规律,弥补了弹塑性分析的不足。人防工程的存在减小隧道拱顶下沉;隧道衬砌减小隧道沉降以及人防工程底板弯矩。隧道埋深越大,隧道与人防工程底板净距值越大,人防工程底板弯矩越小;隧道直径越大,人防工程底板弯矩越大。一定埋深情况下,配筋率越大,最大允许隧道直径越大。埋深15~30 m,直径10~14 m时,隧道拱顶下沉随隧道埋深或直径增大而增大,增幅约为埋深或直径每增大1 m,沉降增加约0.018 m。不同隧道埋深或直径下,隧道拱顶下沉与人防工程底板弯矩呈线性关系。     

硬岩地区浅埋暗挖隧道施工地表沉降特征模型试验研究

城市地铁隧道开挖会对围岩产生扰动并破坏其稳定性,严重时甚至引起地层失稳而造成路面塌陷事故。为研究城市地铁浅埋暗挖隧道施工所引起的地表沉降基本特征,本文以青岛硬岩(花岗岩)地层为例,通过室内三维模型试验对隧道开挖过程进行了动态模拟,总结出不同工况下开挖所引起的地表沉降规律,同时将数值模拟结果与室内试验结果作对比分析。研究结果表明：浅埋隧道的开挖会引起以地表沉降为主的地层变形,其横向沉降数值分布会呈现出“两侧小中间大”的沉降槽,这与数值模拟结果较为相符,即隧道正上方的沉降变形最大,越是偏离隧道中轴线则地表受开挖扰动越小;而纵向地表沉降则分为“缓慢变形”“剧烈变形”以及“变形稳定”三个阶段,上述阶段的影响范围基本维持在距掌子面-1.6D~1.6D(D为隧道洞径)之间。因此,试验所得结果可以应用在硬岩地区浅埋暗挖施工当中。     

浅埋偏压小净距隧道围岩变形影响因素数值模拟研究

通过有限元数值模拟软件模拟了浅埋偏压小净距隧道在不同间距和不同埋深条件下的开挖,研究了隧道间距和埋深对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道的最大变形出现在拱顶,但并不在拱顶的正中间,而是中间偏右侧;右侧隧道的拱顶、拱底和侧墙等部位的位移均比左侧隧道的大;随着隧道间距的增大,地表沉降值不断减小,而拱顶下沉累计沉降量先减小后增大;随着隧道埋深的增大,拱顶沉降量增大,地表沉降累计值减小。     

浅埋暗挖黄土隧道地层及围岩力学特性变化规律

以新建蒙华铁路运煤通道青化砭隧道为依托,埋设地层变位和围岩应力测试元件,对开挖时黄土地区大跨径浅埋隧道的地层及围岩力学特性变化规律进行了研究。结果表明：拱顶沉降和水平收敛变形可分为均匀变形阶段和稳定变形阶段,竖向地层沉降随埋深的增大先增大后减小;当工作面稳定时,横截面方向和轴线方向的水平位移超前影响距离分别为8m、15m。滞后和超前开挖时,周围土体横截面方向和轴向水平位移分别向隧道内侧和背离隧道方向发展;初期支护施做后,衬砌应力重新分布,仰拱压力增大,而左右拱腰压力不变。所得结论可为黄土地区浅埋暗挖大跨度隧道的设计和施工提供参考。     

富水砂-黏复合地层大断面暗挖隧道施工力学行为

富水砂－黏复合地层暗挖施工极易诱发地表及支护结构变形过大等复杂问题。以北京地铁17号线某CRD法施工隧道工程为依托,对施工过程中的地表沉降、孔隙水压力、围岩压力、初支内力等进行现场监测后,得到了各监测对象的变化规律和总体分布。研究结果表明：新建隧道暗挖施工引起的地表沉降值较大,拱顶沉降与导洞收敛变形速率与变形量虽符合设计要求,但稳定值接近限值,富余量小;稳定后的孔隙水压力值较小,约为5 kPa,与地勘水头高度基本一致;由于先行标准线开挖的影响,新建隧道围岩压力呈现左右不对称分布的现象,围岩压力沿洞周呈拱底→拱腰→拱脚→拱顶→拱肩依次减小的分布规律;稳定后的钢筋应力沿洞周分布形式与围岩压力基本一致,其最大值出现在左侧拱腰处。基于上述研究,本研究成果可为同类型富水砂-黏复合地层的暗挖隧道设计和施工提供一定的借鉴。     

深基坑内支撑调节对邻近隧道受力特性相互影响规律试验研究

现有基坑近接隧道施工的保护措施多为加强支护刚度或采用轴力伺服系统以减小围护结构变形,未能深入考虑支撑伸缩调控下基坑-隧道的受力特性。为了明确基坑开挖施工对邻近既有隧道影响以及可调节内支撑伸缩对“基坑-隧道”受力特性的影响规律,开展了砂土地基中“基坑-隧道”相互影响的室内模型试验研究。获得了隧道的内力、周围土压力、隧道上部地表沉降、地连墙变形、墙背土压力等变化规律。研究结果表明：深基坑开挖施工过程中,隧道呈现上下压缩、左右拉伸的趋势。临近基坑一侧的土压力减小迅速,远离基坑一侧的土压力表现为增大。周边地表沉降呈碟形。内支撑主动伸缩调控下,基坑下部支撑伸缩引起的隧道弯矩变化量大于调控上部支撑,同时伸缩三道支撑时影响最大。支撑缩短时,隧道拱顶、拱底弯矩值正向增大,拱腰弯矩值反向增大。支撑伸长时,拱顶、拱底弯矩值减小,拱腰弯矩值增大。支撑伸缩对隧道拱腰水平土压力影响明显,对拱顶和拱底竖向土压力影响微弱。     

地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的控制标准

基于浅埋暗挖隧道施工引起地表沉降的时空效应和沉降机理分析,综合运用模糊聚类分析方法对北京地铁5号线和10号线24个区间隧道的1497个地表沉降测点的数据进行统计分析,得出了地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降值的分布规律和地表沉降槽宽度参数反弯点距离、地层损失率的一般特征,给出了地表沉降槽曲线反弯点距离与等效轴向埋深的关系,提出了较为合理可行的地标沉降控制标准,并提出预警、报警、极限3级控制的管理方法.研究成果为认识地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降及地表沉降控制标准制定等具有一定的参考价值.     

浅埋暗挖法近距离下穿既有隧道施工安全性分析

地铁隧道施工经常有穿越既有地下构筑物的现象,穿越施工对地下结构造成的潜在威胁受业内普遍重视.某地铁站出入口通道近距离穿越隧道,通道与隧道净距仅2m,出入口通道浅埋暗挖法施工过程中,不可避免地会对隧道产生扰动,从而引起地下结构的附加沉降及内力.文章以出入口通道浅埋暗挖穿越中山路隧道及其桩基施工为例,基于Midas GTS NX建立三维全仿真模型,对由于浅埋暗挖通道穿越隧道施工引起的隧道结构及其桩基沉降及内力变化进行了全过程计算和分析.结果表明,通过采用一系列设计及施工辅助措施,出入口通道近距离穿越隧道施工安全.     

地铁隧道沉降规律多因素分析

地铁施工过程中地表沉降是衡量与检验地铁施工安全性的重要指标之一,基于诱因的沉降规律分析有助于科学合理的采取补救措施,有效降低地铁事故的发生概率。针对南京地铁某平行双线浅埋暗挖隧道间距与埋深均随里程变化的特点,运用控制变量法对施工过程中采集的监测数据对比分析,总结地表沉降规律。结果表明:当上覆土岩比超过0.20、隧道净深比β达到0.52(隧道埋深不变)以及拱顶位于土岩分界线以上3种情况下,地铁隧道地表沉降较大;得出隧道掌子面开挖对地表沉降的大致影响范围及时间效应。     

浅埋隧道大管幕支护力学特性及施工技术

以重庆铁路枢纽东环线新白杨湾下穿高速公路隧道工程为依托,研究了浅埋隧道大管幕支护力学特性及施工控制技术。采用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立隧道施工模型,分析无超前支护、管棚超前支护和大管幕超前支护3种工况下地表沉降、围岩变形以及初支内力等力学特性的变化规律。研究结果表明:无超前支护下开挖完成地表最终沉降为30.01 mm,管棚超前支护和大管幕超前支护下地表沉降分别减小了49.28%和62.08%。就控制围岩变形效果而言,管棚超前支护下拱顶沉降和水平位移分别减小了49.32%和38.20%,大管幕超前支护下拱顶沉降和水平位移分别减小了62.03%和40.03%。施工完成后,无超前支护、管棚超前支护和大管幕超前支护下的初次衬砌最大压应力分别为14.67 MPa、6.58 MPa和6.13 MPa,无超前支护下最大压应力超过规范允许值(13.5 MPa)。     

浅埋小净距隧道中壁法开挖注浆范围及隧道错开步距分析

由于城市地下空间有限,提供给隧道施工的空间极小,越来越多的浅埋小净距隧道出现在城市中,明确浅埋小净距隧道开挖引发的地表及支护变形规律是保障施工安全的重要前提。以赣州蓉江过江隧道为研究背景,通过现场及室内试验确定注浆前后土层强度参数的变化情况,采用有限差分软件构建对应的数值计算模型,分析浅埋小净距隧道开挖引发的地表沉降及支护变形规律,最后研究不同注浆范围及隧道错开步距的控制效果。研究结果表明：注浆后,土层强度参数提高约40%,抗变形能力提高约130%;隧道开挖后地表沉降由非对称的“V”型分布逐渐转变为对称的“W”型分布,地表最大沉降位置最终出现在后行隧道上方地表;注浆加固能有效控制地表及初期支护变形,提高隧道错开步距对变形的控制效果影响较小,建议现场施工的注浆范围为隧道拱顶至拱顶上方6~8 m范围,先行隧道及后行隧道的错开步距选取为40 m。     

地形偏压连拱隧道衬砌内力研究

通过1∶20尺寸比例的模型试验和数值模拟结果表明,左右洞室有被压扁的趋势,左洞最大弯矩分布于左、右拱腰和拱底,右洞最大弯矩分布于左拱腰;连拱隧道整体向浅埋侧移位,浅埋侧和深埋侧的围岩出现被动压力和主动压力作用,浅埋侧隧道的拱顶竖向应力小于深埋侧。物理模型与数值模拟内力图对比分析表明,偏压条件下衬砌结构的内力变化规律基本一致。     

硬岩地层地铁暗挖车站施工过程力学分析

地铁暗挖车站因其埋深浅、开挖尺寸大,隧道围岩应力演化剧烈且复杂,塌方事故风险大,隧道支护设计面临极大挑战。为精细化模拟地铁暗挖车站分部开挖及初期支护全过程,以青岛地铁6号线海港路站为对象,建立三维数值模型,结合现场监测数据,研究硬岩地层暗挖大跨隧道施工过程力学特征。结果表明：拱部上导洞开挖造成围岩强度储备显著降低,引起拱顶及地表沉降量占最终值的54%和56%,左、右导洞开挖对应的拱顶围岩应力变化较小,引起拱顶沉降分别占最终值的30%和13%,直墙部等后续施工影响更小,从总体过程来看上导洞开挖对隧道沉降控制最为关键。全部贯通后,拱顶围岩强度储备值（K=3.1）高于其他部位,边墙围岩强度储备值（K=1.1）接近极限状态,从隧道各部位围岩强度储备角度上看,边墙最为关键需支护。总体上,地铁暗挖车站虽跨度大、埋深浅,但由于硬岩地层围岩强度高而几乎没有产生塑性区,锚喷格栅初期支护即可使隧道达到较高的稳定状态。     

武汉市地铁二号线虎名区间隧道超浅埋段暗挖法施工实践

城市地铁所施工的浅埋暗挖隧道多处于地表建筑物较多、围岩情况复杂不稳定、地下水丰富、施工难度大、安全事故多发段。本文以武汉市地铁二号虎名区间隧道超浅埋段暗挖法为例,介绍了施工中采取的洞内分台阶开挖,增加临时支护,洞外进行地表固结注浆的施工方案等具体措施,施工效果显著。