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。     

盾构隧道下穿铁路线轨面沉降规律分析

以某市轨道交通5号线和平公园站至红钢城站区间隧道下穿武九铁路为依托工程,采用FLAC3D软件对盾构隧道下穿铁路施工引起的轨面沉降进行三维数值模拟分析,得到了既有铁路线轨面的沉降规律。研究结果表明,在盾构隧道施工过程中,武九铁路线轨面最大竖向位移为1.94mm,穿越隧道范围铁路线纵向沉降差最大值为0.62mm,武九铁路的变形值满足相关保护标准的要求,区间盾构隧道施工不会影响既有武九铁路的正常安全运营。     

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。     

盾构近距穿越桥梁施工对地表及桥梁桩基的影响

结合某地铁区间隧道盾构施工近距穿越桥梁桩基的复杂条件,选取桥台与桥墩基础影响最大断面,对盾构施工引起地表沉降及桥梁桩基的变形、应力及内力进行三维数值模拟计算。结果表明:①双线隧道盾构推进引起地表最大沉降位于双线隧道中间某处,大于单线隧道引起的地表最大沉降,地表沉降随着两条隧道间距的减小而增加;②右线隧道盾构施工引起B0C0桥台桩基近隧道边桩产生的最大变形与内力均发生在距桩顶13 m处,最大横向挠曲变形、纵向挠曲变形分别为2. 0、4. 8 cm,边桩内力致使桥台桩基超出承载能力,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,严重影响桩基的安全;③双线隧道盾构施工引起B7C7桥墩桩基近隧道边桩桩顶处产生最大位移,最大横向水平位移、纵向水平位移分别为2. 6、5. 2 cm,右侧桥墩桩基承台产生的最大横向水平位移、竖向位移、纵向水平位移分别为3. 2、3. 4、4. 6 cm,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,倾斜值为0. 001 8,接近规范规定的允许值,盾构施工时须引起注意。基于上述分析结果,提出盾构近距推进时的施工监测及施工参数调整的建议。     

双线隧道下穿施工对铁路路基沉降影响数值分析

随着山区城市轨道交通快速发展,轨道交通区间隧道下穿既有铁路工程越来越多。由于山区城市特殊的地质条件和周边复杂环境,区间隧道布置受到限制,左右线隧道水平距离较近。与单线隧道施工比较,双线隧道施工引起既有铁路路基沉降更为复杂。左右线隧道的水平距离对下穿既有铁路引起铁路路基沉降影响规律尚不清楚,还需进一步研究。依托山地城市贵阳轨道交通3号线区间隧道下穿既有铁路工程,建立三维数值模型,分析铁路路基沉降特点,研究不同水平间距双线隧道下穿施工引起既有铁路路基的沉降变形规律。研究发现随着双线隧道水平间距减小,沉降槽范围增大,铁路路基最大沉降值逐渐增大。随着双线隧道水平间距增加,铁路路基沉降最大值位置由隧道中心线对应路基向左线隧道、右线隧道中心线相对应的路基位置转移,路基横向沉降曲线呈V型-U型-W型变化。当隧道水平间距小于15 m时,路基横向沉降曲线呈V型,应加强支护措施,减小后行隧道施工对既有铁路路基沉降产生的叠加效应,将铁路路基沉降控制在允许范围。     

盾构下穿铁路框架桥中路面沉降变形规律分析

以南昌地铁1号线盾构下穿京九铁路框架桥工程实例为背景,通过对现场监测数据分析,得到了盾构单线隧道施工引起市政道路路面纵横沉降变形规律:盾构刀盘前10m以内和后20m以内为影响区域,其中刀盘前后10m为显著影响区,在纵断面上沿盾构中心轴线左右两侧4~8m为横向主要影响范围;在整个穿越过程中,盾构施工引起上部铁路框架桥竖向位移特征与公路路面沉降规律基本相似,其沉降量或隆起量均在控制范围内,表明在盾构穿越过程中土压力、注浆压力和注浆量三个影响地表沉降因素的取值是可行的。     

盾构穿越既有铁路的地表沉降分析

以天津地铁3号线铁东路站～北站盾构区间隧道为背景,通过现场实测和数值模拟的方法,对盾构施工穿越既有铁路引起的地表沉降规律进行了研究。现场实测数据表明:沿隧道轴线方向不同位置的地表位移变化较大,对于双线隧道施工,后建隧道对先建隧道的土体扰动影响较大。结合现场监测数据及各项施工参数设置,采用ANSYS有限元分析软件对隧道下穿既有铁路的施工过程进行了数值模拟。在此基础上,通过模拟与实测数据的对比分析,总结了盾构隧道施工引起的既有铁路纵向和横向地表沉降规律,为类似工程的设计和施工提供参考依据。     

盾构隧道下穿高耸结构筏板基础的影响

为研究盾构隧道下穿施工对上方高耸结构筏板基础的影响,应用数值模拟与工程实测相结合的方法,对盾构隧道下穿高耸结构筏板基础建筑物过程中的变形响应规律、加固措施等进行了研究.研究成果表明:盾构隧道施工对沉降监测点产生影响的纵向水平区间约为监测点前3D(D为盾构隧道直径)至监测点后3D;倾斜监测点产生影响的纵向水平区间约为监测点前D至监测点后5D.盾构隧道穿越前对高耸结构进行注浆预加固可有效减小筏板基础倾斜及高耸结构层间位移角.高耸结构水平位移随着隧道施工的进行处于动态变化中,对施工过程中出现的较大层间位移应充分重视.     

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。     

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。     

天津市软土地层地铁盾构区间下穿施工对京沪高铁南仓特大桥影响的数值分析

为研究天津地区软土地层隧道盾构区间下穿施工对京沪高铁南仓特大桥的影响,以下穿京沪高铁的天津地铁7号线外院附中站-榆关道站区间隧道工程为背景,对下穿京沪高铁南仓特大桥段区间盾构隧道进行设计,通过运用Midas/GTS有限元软件数值分析方法对盾构区间下穿京沪高铁南仓特大桥进行有限元数值分析。研究盾构区间下穿京沪高铁南仓特大桥施工过程中桥面、桥墩、承台及桥桩位移变化规律特征。总结盾构区间侧穿桥桩施工过程中桥桩附加应力变化规律;揭示了盾构区间下穿京沪高铁特大桥施工过程中承台差异沉降及地层应力变化规律。结果表明,盾构隧道施工过程中京沪高铁天津南仓特大桥桥桩附加弯矩较小,桥面、承台、桥墩及桥桩沉降最大值均在控制标准值范围以内,桥桩水平位移最大值在控制标准值范围以内,不会对大桥产生破坏影响。可见在软土地区盾构施工对高铁特大桥有一定程度影响,但通过施加工程措施后,可有效降低对桥的影响程度,保证高铁桥的安全。研究成果可为类型工程施工设计提供参考。     

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.     

软土浅埋超大直径盾构始发端头加固范围研究

为确定软土地层浅埋超大直径盾构始发端头加固的合理范围,以珠海杧州隧道为工程背景,采用有限元建模分析,研究了端头加固范围对素混凝土墙破除以及盾构始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果,以端头中心点水平位移为控制目标,得出横、竖向合理加固厚度约为0.28倍隧道开挖面直径,略大于理论计算值和工程经验值。盾构掘进模拟结果表明,当纵向加固长度超过盾构机长度后,横断面受剪区域未与地表形成“塑性贯通”,端头盾构掘进对地表扰动程度较低;如以地表最大沉降为控制值,软土地层合理加固长度为1.14倍盾构机长度,该结果与理论计算值接近,而略小于工程经验值。     

黄土地层盾构隧道开挖对地表沉降影响的有限元分析

基于黄土地层，采用邓肯-张非线性弹性本构模型，考虑盾构隧道开挖过程对周边建筑物的影响，建立了盾构隧道衬砌与土体相互作用的有限元计算模型．对黄土地层中盾构隧道外径和埋深及其与邻近建筑物的距离对地表及相邻建筑物沉降的影响规律进行了数值分析，结果表明：在相同盾构外径下，地面沉降随隧道埋深的增加几乎呈线性减小趋势；在相同隧道埋深下，地面沉降随盾构外径的增加几乎呈线性增大趋势；无论盾构外径如何，隧道顸部及相邻建筑物处的地表沉降值均随隧道和建筑物水平距离与盾构外径比的增大而减小，也随隧道埋深的增大而减小．文中给出了受沉降影响较大的范围，可为地下工程施工时对周边建筑物及地基采取加固措施提供理论依据，并为西部地区的地下工程建设提供参考．     

流固耦合作用下盾构下穿高架桥稳定性分析

本文依托太原铁路枢纽新建西南环线盾构隧道,结合盾构施工中的监测资料,利用有限元分析软件进行数值模拟分析,在考虑流固耦合作用下,并结合实际监测资料,研究了盾构下穿高架桥时地表和地下结构的稳定性,得出了地表、桥承台和桥桩的变形规律及隧道周围孔隙水压力分布规律。研究结果表明：在富水地层中盾构下穿高架桥工程中,考虑流固耦合作用是必要且合理的;盾构隧道施工前采用隔离桩结合深层地层注浆的加固措施能有效地控制地表、桥承台和桥桩变形;盾构掘进过程中主要影响桥桩水平横向位移,对水平纵向和竖直方向位移影响较小;桥桩顶部受到的附加弯矩较大;深层地层注浆加固措施能减弱隧道周围流固耦合作用,降低隧道内涌水风险。     

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。     

地下通道开挖引起临近地铁隧道回弹位移分析

临近地铁隧道建造地下通道,需预先评价地下通道开挖对地铁运营安全的影响。结合地下通道工程,针对通道B段垂直正交近距上跨地铁区间隧道等条件,采用Boussinesq解和Mindlin解计算通道开挖卸载产生的附加应力,分层总和法计算地铁隧道产生的回弹位移。结果表明,Boussinesq解和Mindlin解两者计算结果相差不大,Boussinesq解更偏于安全;Boussinesq解和Mindlin解两者计算的地铁隧道底部(轨底)回弹位移均小于1 mm,地铁隧道顶部最大回弹位移分别为6.2 mm、5.3 mm,均满足城市轨道交通线路轨道竖向变形、相对变形曲率、隧道结构绝对沉降量等要求,为地下通道施工的超前控制提供了依据。     

西安地铁盾构下穿高铁路基沉降及变形分析

为研究黄土地区盾构隧道下穿高铁路基响应规律,依托西安地铁一号线下穿某高铁线实际工程,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、水泥粉煤灰碎石(cement fly-ash gravel, 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2 mm; CFG桩最大轴力集中于两侧单桩,而隧道正上方范围内CFG所受轴力较小,在桩底与隧道距离为3.235 m与5 m工况下,CFG桩所受轴力值分别达到最小和最大,褥垫层以内的CFG桩未出现受压破坏。     

盾构隧道施工引起的地层位移对既有桥梁桩基的影响分析

盾构法已成为我国城市地铁施工中一种重要的施工方法,由施工引起的地面沉降对其周围环境的影响是盾构隧道设计和施工中非常重要的问题。本文根据某地铁盾构隧道穿越桥桩工程,应用三维有限差分软件FLAC-3D进行了数值模拟,并对计算结果和实测结果进行了对比和分析,研究了隧道开挖中产生的位移对既有桥桩的影响,得出桩基变形的规律,并提出相应的工程建议。