类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解,考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响,推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式,将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型,对比本文计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高,验证了本文计算方法的正确性;随着类矩形盾构隧道掘进,邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大,在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定;邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小,沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

地面堆载引起下卧盾构隧道剪切错台变形计算研究

采用Boussinesq公式求解得到地面堆载工况下隧道轴线处的土体附加应力;基于剪切错台模型,运用最小势能原理计算得到下卧地铁盾构隧道的纵向位移以及相邻盾构衬砌环之间的错台量和环间剪切力。通过算例分析,研究堆载面荷载q、堆载偏移距离s、隧道上部覆土厚度h以及堆载尺寸B和L对隧道纵向位移的影响。研究结果表明:q越大,盾构隧道的沉降量就越大,但隧道沉降影响范围并没有增大;随着s增大,隧道沉降量越来越小且沉降量减小的速率加快,隧道的水平位移则先增大后减小;随着h增加,隧道最大沉降减小,同时隧道沉降影响范围加大;B的改变对隧道竖向位移影响非常小,L的改变对隧道沉降量及范围的影响较大;隧道的竖向位移要明显大于隧道的水平位移。     

基坑开挖引起下卧盾构隧道转动与错台变形计算

引入可综合考虑盾构隧道管片环转动和错台2种变形效应的协同变形模型,采用Mindlin解求得基坑开挖引起下卧盾构隧道的附加荷载,结合最小势能原理建立盾构隧道纵向位移变分控制方程。推导出隧道的纵向位移、环间转角、环间错台量和剪切力的计算公式。根据3组典型工程实例进行计算分析。研究结果表明:采用综合考虑管片环错台和转动协同变形的模型时,计算结果与实测值更吻合,更能反映实际此类工程中盾构隧道的变形模式和变形规律;盾构隧道相邻管片环间错台量、环间转角以及相邻管片环间剪切力的最大值都发生在上方基坑开挖区域的边缘外侧;实际工程中,上方基坑开挖引起的隧道纵向变形主要是以错台变形为主,占变形量的70%～90%,以刚体转动变形为辅,占变形量的10%～30%。     

盾构竖井垂直顶升施工阶段隧道变形分析

针对盾构内垂直顶升诱发的隧道结构变形问题,借助精细的数值计算,探讨盾构竖井垂直顶升阶段衬砌结构和接头变形响应特征,并通过理论计算验证数值模型具备一定的合理性.研究表明,垂直顶升施工影响主要集中在开口环及相邻三环标准环,对隧道底部的影响大于隧道顶部,竖向变形大于横向变形;垂直顶升前期隧道整体下沉,开口环和相邻环收敛变形,顶升后期隧道整体有一定的抬升,开口环和相邻环扩张;环缝接头发生以错台为主的变形,开口环与相邻环之间的错台量最大,且在底部竖向错台最明显;垂直顶升施工引起的隧道最大竖向位移、水平位移、错台量均随顶升反力的增大而同向线性增大.     

双线盾构隧道下穿机场高速沉降及变形规律

为了研究双线盾构隧道近距离下穿既有高速公路时,对高速公路路面和路堑边坡稳定性的影响,论证盾构下穿工法的可行性,以西安北客站—西安咸阳国际机场城际轨道项目盾构隧道下穿机场高速公路施工为研究对象,对高速公路路堑边坡、路面及隧道结构的变形规律进行研究。采用叠加的Peck公式计算了双线盾构隧道下穿引起地表沉降的规律,引入《地铁设计规范》(GB 50157—2013)(下文简称规范)中地铁隧道衬砌结构径向直径变形率的概念,对隧道水平和竖向的直径变形率进行计算,进一步通过有限差分软件FLAC3D对双线盾构隧道下穿施工过程进行三维数值模拟,分别研究高速公路路堑边坡、路面及隧道结构的变形规律。研究结果表明:路面最大沉降出现在右线掘进至机场高速公路正下方时的南侧坡脚,其值为6.2 mm;边坡的最大沉降为7 mm,出现在双线盾构隧道中间的正上方;双线盾构隧道贯通后,结构的最大竖向位移和最大水平位移分别为14.86、12.25 mm,隧道衬砌结构的水平和竖向直径变形率分别为0.20%、0.24%,两者较接近且满足规范要求。根据机场高速公路路面的位移控制限值,此次盾构施工法满足路面的变形要求,所得的计算结果为该区间的盾构隧道施工提供了参考,亦可对类似的近接工程施工起到借鉴作用。     

MJS水平桩加固在盾构下穿既有隧道中应用研究

以在富水砂层中,长沙地铁4号线近距离下穿上覆2号线运营隧道工程为背景,对Metro Jet System(MJS)水平桩加固在盾构下穿既有隧道中的应用进行研究.通过现场钻孔取芯与室内试验,并在地表和2号线隧道内布置竖向位移监测点、管片应力监测点,研究MJS水平桩的成桩效果,以及盾构掘进时周边地层与上覆隧道的变形响应规律.研究表明:MJS工法桩直径为2 m左右,抗压强度达到3 MPa以上,均满足设计要求;盾构下穿时,上覆隧道沉降呈高斯曲线分布,最大沉降4.33 mm;由于盾构开挖的卸载,相交位置处上覆隧道断面在水平方向被挤压,产生的最大附加应力为1.4 MPa;地表最大沉降为1.1 mm,其中,MJS水平桩加固区域,地表沉降相对较小.总体来看,MJS水平桩加固效果较好,可为类似工程的实施提供借鉴.     

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。     

大直径土压平衡盾构下穿既有线U形槽结构变形

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。     

考虑地层变异性的新建隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法

沿盾构隧道纵向的地层变异不可避免,现有对于新建隧道引起既有盾构隧道纵向变形计算的解析模型大多将隧道下卧土体视为均质地基,忽略了地层变异性。本文针对新建隧道施工引发的既有盾构隧道纵向变形问题,构建考虑地层变异性的盾构隧道纵向力学解析模型,基于随机场理论,结合蒙特卡罗模拟策略提出隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法。依托1个工程案例,基于所建立的盾构隧道纵向变形随机分析方法,开展新建隧道下穿施工影响下既有盾构隧道纵向变形随机分析,并与实测结果进行对比。最后,分析地层刚度变异系数和水平波动距离对既有盾构隧道纵向变形的影响规律。研究结果表明：地层变异性对盾构隧道纵向变形的影响不可忽略;地层刚度变异系数对既有隧道纵向位移均值和离散程度影响较敏感,地层刚度变异系数对可靠度指标的影响较显著。     

盾构并行穿越施工对既有隧道影响分析与关键技术

以昆明轨道交通4号线左右线并行下穿既有昆明轨道交通2号线工程为背景,结合数值模拟以及现场监测等方法,研究近接施工对既有隧道以及周围地层的影响规律,提出盾构近接相关的施工控制技术。首先,建立新建盾构隧道下穿既有盾构区间的三维有限差分计算模型,通过计算分析最终选择先下方区间、再上方区间的施工顺序,对既有结构及地层的扰动最小;其次,在现场建立试验段积累在类似下穿段地层中的盾构掘进经验,确定盾构下穿2号线的施工参数,并验证克泥效工艺的效果;最后,通过将现场监测数据并与数值模拟结果进行对比和分析,验证数值模拟的准确性和合理性,建议工程中加强信息化施工和相关施工优化措施,以保证2号线地铁盾构隧道及地铁车站的结构安全和正常运营。     

考虑建筑既有变形的盾构穿越扰动控制标准

市区软土地层中进行隧道施工引起的地层沉降会影响地面既有建筑的安全.提出考虑建筑既有变形的盾构穿越扰动双控控制标准.结合上海市轨道交通11号线下穿越保护建筑徐汇中学崇思楼工程,对穿越前崇思楼进行检测,对崇思楼既有沉降进行分析,评估崇思楼穿越前状态.制定考虑建筑既有变形的盾构穿越崇思楼允许变形控制指标.对穿越进行全程监测,验证所提出控制指标的合理性.     

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.     

盾构隧道先隧后井施工技术特点分析

为了明确盾构隧道先隧道施工后工作井开挖(先隧后井)施工法特点,以典型工程实例为依托,通过现场实测与有限元法,分析了该施工法接收井与隧道的变形特性,计算分析了盾构管片张开量的分布规律。结果表明:隧道入接收井时洞内外产生较大的水土压力差,引起与隧道连接处局部围护墙水平位移增大及坑外水位下降。受后续基坑开挖影响,近基坑侧6环管片竖向位移显著增大,近基坑侧4环管片接头处出现了塑性变形,施工中隧道防渗分析可着重考虑近接收井6环管片范围。基于安全考虑,建议对近基坑侧6环管片范围土体进行加固处理。     

西安地铁盾构下穿高铁路基沉降及变形分析

为研究盾构下穿高铁路基时道床、路基响应规律,依托西安地铁一号线下穿郑西高铁实际工程,基于沉降理论估算了双线隧道施工引起上方路基沉降量,建立了区间隧道下穿既有高铁路基数值模型,分析了不同桩底与隧道净距下道床、路基、CFG桩竖向沉降与CFG桩受力响应规律。结果表明：CFG桩轴力、道床、路基竖向沉降变形随桩底与隧道净距逐渐增大而增大,施工至隧道正上方时达到最大,平行于掘进方向随与隧道水平距离增加,沉降逐渐减小,沿盾构施工方向沉降逐渐增大,道床与路基结构产生倾斜但垂直倾斜高度均不超过2mm;CFG群桩基础最大轴力集中两侧单桩,而隧道正上方范围内CFG所受轴力较小,在h=3.235m与5m工况下,CFG桩所受轴力值达到最小、最大,褥垫层以内的CFG桩未出现受压破坏。     

顶管上穿施工对既有地铁隧道的影响

以杭州市某污水管道顶管施工上穿既有地铁隧道为背景,利用FLAC3D模拟顶管施工过程,将模拟结果与实测数据进行对比,验证了模型的合理性.通过改变顶管管径、管材及地铁隧道周围土体的特性,分析了不同工况下顶管上穿施工对既有地铁隧道的位移影响.研究结果表明,顶管上穿施工对既有地铁隧道所产生的最大位量均位移于顶管轴线下方的地铁截面处,离顶管轴线越远,变形越小;地铁盾构隧道的变形随顶管的管径的增大而增大,而且对竖直方向位移的影响远大于对水平方向位移的影响;管材的弹性模量越小,地铁隧道的变形越大;地铁隧道周围土体弹性模量越小,顶管施工对隧道位移的影响越大.     

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。     

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.