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.     

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.     

基于FLAC3D的砂质淤泥质土层地铁施工影响因素分析

为分析叠交地铁施工中既有隧道变形的影响因素,依托苏州市轨道交通S1线工程S1-TS-05标段,针对在砂质淤泥质土层中盾构上穿施工导致的既有隧道的沉降与变形,采用数值模拟方法分析隧道几何参数、空间位置、地层参数等因素对既有隧道的影响,结合现场监测验证数值计算的准确性。研究结果表明：在砂质淤泥质土层盾构上穿施工中,既有隧道的位移和管片变形以竖向沉降为主,且沉降量随着盾构直径的增大而增大,随着覆土层厚度、新旧隧道净距、下穿角度,以及地层弹性模量的增大而减小。现场监测数据与模拟结果较为吻合,既有隧道位移与距叠交中心距离呈负相关关系。研究结论可为同类型地层条件下叠交地铁隧道盾构施工变形控制提供参考。     

城市隧道同时侧穿桩基和下穿既有隧道变形分析

为研究城市隧道同时侧穿桩基、下穿隧道的受力与变形规律,依托大连东港商务区220 kV电力隧道主体施工工程,通过单桩水平位移方程与经验参数修正公式、Peck公式相结合,对桩基、既有隧道变形进行理论分析和计算,并采用数值模拟试验和现场实测验证。分析了电力隧道开挖对桩基位移及受力的影响规律,研究了既有隧道的沉降变形。研究结果表明：桩基水平位移及桩端沉降均随电力隧道施工的进行不断增加;随着桩身深度增加,桩身轴力先增大后减小;随着隧道与桩间距增加,桩身轴力先增大后趋于稳定;桩身弯矩在不同深度内均随隧道与桩距离增大而增大,但增幅较小;既有隧道的存在也会对桩基产生变形影响;数值模拟得到的既有隧道最大沉降位移为7.34 mm。数值模拟结果与理论计算及现场实测结果一致。研究结论为同时穿越的类似工程提供参考。     

正交下穿盾构开挖面失稳的离散元分析

基于上海轨道交通工程实践,采用离散元软件PFC2D模拟盾构隧道的正交下穿施工,分析了存在既有隧道情况下盾构开挖面塌陷失稳破坏的失稳模式、地表沉降及支护压力比,并与现场监测数据进行比较验证,沿开挖纵向进行关于开挖面塌陷失稳影响的普适性规律研究.结果表明,当开挖面距离既有隧道较近且未穿越时,既有隧道对失稳模式存在显著影响,表现为烟囱状失稳区扩大、地表沉降槽不连续、极限支护压力比减小;当开挖面穿越既有隧道后,有既有隧道开挖的失稳模式基本与无既有隧道开挖一致.模拟过程中测得2种工况极限支护压力比分布为0.4～0.6,其中下穿工况极限支护压力比较小,即较不容易发生塌陷破坏.综合对模拟结果的分析,当开挖面位于既有隧道前2倍隧道直径范围内时,开挖面的失稳模式将受到既有隧道的影响.     

富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响,依托某电缆隧道下穿广深铁路工程,通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究,并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时,开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素;当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时,列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大,而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大;当同时考虑列车荷载和地层富水时,隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果,可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合,但由于其未考虑加固止水措施,地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施,将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内,隧道底部隆起控制在5 mm以下,可以保障项目的顺利实施与列车的运行安全,并为同类型工程提供一定的经验参考。     

地铁暗挖隧道密贴下穿污水箱涵变形特征研究

为了解决地铁暗挖隧道密贴下穿大断面污水箱涵变形控制的工程难题,通过Midas GTS NX模拟分析了不同污水流量下暗挖隧道施工引起的既有箱涵的结构变形规律,通过现场监测对施工效果进行评价,主要取得以下认识：污水荷载的变化对箱涵的沉降值影响较大,箱涵内充满污水时的最大沉降值是箱涵内没有污水的1.75倍;当污水高度控制在箱涵管径的0.754m高度以下时,可以保证箱涵结构的安全性;在距离箱涵的间距约13m范围内进行降水以及开挖施工对箱涵扰动较大,沉降最大值为16.86mm,该阶段箱涵的最大沉降值占总沉降值的74%;采用叠加法修正Peck公式能够描述下穿段箱涵结构沉降曲线,暗挖隧道施工时箱涵的沉降槽宽度取值范围为6.32~6.9m,沉降曲线最终呈“U”形。     

隧道掘进对近接垂直交叉隧道的三维有限元分析

为研究隧道施工顺序对隧道开挖的影响,采用三维有限元分析方法模拟某垂直穿越隧道的开挖过程.基于砂土的亚塑性本构模型并考虑土体的小应变刚度,分析施工顺序对垂直交叉隧道的影响,研究对既有隧道附近土体的应力传递机制.研究结果表明:与无既有隧道工况相比,既有隧道的存在使得最大沉降量降低14％;新建隧道在既有隧道上方时,地表沉降较大,但影响范围小,当掌子面接近既有隧道中心线时,既有隧道的应力由拱顶传递至拱肩;当掌子面距离既有隧道中心线后方3D和前方6D之间时,应力释放对既有隧道的影响显著;新建隧道在既有隧道下方时,既有隧道产生的变形和弯矩更大;在垂直交叉隧道施工中,应充分考虑施工顺序对地表沉降、既有隧道的影响.     

砂卵石地层地铁近接下穿既有盾构区间施工控制技术

为探究地铁暗挖近接施工下穿既有盾构区间加固技术适应性,以成都5号线近接下穿既有3号线为工程背景,提出适应于成都砂卵石地层的预埋注浆加固保护方案,且通过数值模拟研究了不同注浆加固范围的保护效果、注浆过程对隧道结构影响以及对下穿过程规律性进行讨论,并结合现场监测分析.结果表明:既有隧道注浆加固范围扩大,其隧道结构变形呈线性减小,隧道结构纵向沉降槽呈线性缩小,适当增大既有隧道注浆范围可控制其变形量;预埋钢花管注浆加固过程中,浆液压力和土体硬化将导致既有隧道结构竖向产生沉降,水平方向相向靠拢;地铁下穿过程中,既有隧道结构主要产生竖向沉降,先缓慢沉降,隧道穿过后沉降变形突增,再趋于稳定,前期有一定反应阶段;相比既有隧道,近距离的大范围注浆加固导致土体硬化,5号线结构变形预变形阶段极大缩短,反应时间短,施工风险增大.提出二次衬砌工序优化、深孔注浆加固补救措施以及节点位置格栅密排等措施能够降低既有盾构运营风险.     

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。     

浅议地铁近距离上部穿越运营隧道施工技术

以上海市轨道交通10号线隧道上部穿越运营隧道1号线工程为研究对象,对该穿越段的工作难点、施工措施、实际施工情况等,进行了说明及讨论.主要通过穿越前、穿越中、穿越后3阶段控制隧道穿越工作的实施,保证了被穿越隧道及上部建筑物的沉降变形在安全可控的范围内.通过探讨本穿越段的施工,对以后不断出现的轨道交通上部穿越施工项目提供了一定的参考.     

高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响：以玉龙雪山隧道工程为例

为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,明确主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面与监测面距离为3.63倍主洞洞宽时,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和拱底隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大,当二者间距由5.0D减小至3.0D时,拱顶沉降值和拱底隆起值分别从-0.598m和0.426m增加至-0.679m和0.514m。     

深基坑开挖时隔离桩位置对邻近既有地铁隧道的变形分析

深基坑开挖时周围土体的卸荷作用将引起邻近既有地铁隧道的变形,对其正常使用产生影响,隔离桩的位置控制隧道变形的效果值得研究。基于杭州市某房建地下室基坑工程采用隔离桩保护邻近既有地铁隧道的工程案例,采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,建立二维模型对隔离桩在不同位置条件下隧道的变形进行了分析。研究结果表明:基坑开挖最终引起隧道下沉约3.1 mm,隧道向靠近基坑方向水平位移约1.7 mm,数值模拟计算结果与现场实测数据的相关规律吻合;隔离桩距离隧道越近,基坑开挖对既有地铁隧道变形的影响越小。     

基底脱空条件下交叉隧道动力放大效应

对于交叉隧道这一结构形式,下穿隧道的存在会使得上跨隧道交叉段结构在列车荷载作用下动力响应大于非交叉段。依托新建京张草帽山交叉隧道工程,采用现场测试的手段对交叉隧道动力放大效应进行了验证,基于有限差分法建立三维仿真模型,对基底脱空条件下交叉隧道动力放大效应开展研究,并分析隧道净距、围岩级别对加速度放大系数的影响。结果表明:交叉段各特征点动力放大效果由大至小依次为隧底、拱腰和拱顶;基底脱空会加剧交叉段动力放大效应;随着隧道净距减小和围岩级别降低,交叉点动力放大效应会有所增强,基底脱空时加速度放大系数相比于基底完好时受到隧道净距的影响更为显著。并考虑交叉隧道动力放大效应,对交叉隧道设计、施工及后续运营提出了一些建议。     

分叉隧道施工对主隧道扰动的数值模拟

以大连地铁促进路站至春光街站区间45°交叉隧道建设工程为背景,采用有限差分软件FLAC3D模拟0°~90°7种不同横通隧道开挖对主隧道的扰动情况;并对主隧道锐角侧与钝角侧地表沉降进行对比分析,得出不同交叉角度时隧道的变形规律。结果表明:随着横通隧道开挖角度的减少,主隧道锐角侧的变形量逐渐变大,钝角侧的变形量逐渐减少;主隧道锐角侧曲线的波动性较大,钝角侧曲线则相对平缓;主隧道拱顶沉降最大值并非出现在交叉区中点,而是出现在主隧道开挖方向向前一定距离,并偏向横通隧道一侧。     

基于盾构隧道斜交下穿的修正Peck公式法

在盾构隧道下穿导致的地表沉降计算中,通常需利用Peck公式理论计算盾构横断面的二维沉降.当盾构以斜交下穿时,盾构横断面不再平行于上部线路沿线方向,其沿线沉降的形式不符合正态分布,因此需要将Peck法推广到平面上任意一点的沉降计算中.综合考虑盾构坡角及隆起效应等影响因素,引入角度系数对Peck公式进行修正,使之可直接计算盾构斜交条件下地表平面上任一点的沉降,进而直接计算上部线路沿线沉降.通过有限元数值分析法进行验证,并在此基础上利用动力学仿真分析研究不同斜交角度所产生的不同沉降形式对脱轨系数及减载率的影响.     

回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性研究

贵阳市地铁1号线望新区间隧道地质环境复杂,位于回填区,地下水丰富,埋深浅。针对此类环境,首次将三台阶七步开挖法引进到地铁区间隧道施工中,通过影响隧道开挖稳定性的关键因素分析及施工方法的数值模拟,结合现场实测,研究了回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性。研究结果表明：超浅埋开挖,回填土地层承载拱难以形成;开挖过程中拱顶、拱脚及仰拱部位产生拉应力,拱腰部位出现应力集中,为压应力区;地表及拱顶沉降变形主要受上台阶导洞开挖的影响,中、下台阶导洞的影响次之,核心土开挖影响较小;核心土及仰拱开挖对拱底围岩变形产生较大影响;因此在开挖过程中要对上述位置进行重点监测,可为今后类似工程提供借鉴。     

近接开挖与列车振动对既有铁路隧道的沉降影响研究

选取不同近接距离基坑开挖来研究隧道的沉降变化规律,利用激振荷载经验公式来模拟高速列车的轮-轨激振力,并运用有限差分动力分析方法分析不同距离基坑开挖作用下隧道衬砌结构的车振动力响应.结果表明:近接基坑开挖会造成隧道掌子面的非对称变形,离开挖中心越近非对称变形越明显;随着近接开挖距离的增加,这种非对称变形逐渐趋于缓和,其中隧道靠近开挖侧的隧道拱脚、拱腰和拱顶区域可作为施工期间既有隧道的重点监测部位;隧道左右两侧帮底部区域相对拱顶区域而言受到列车振动影响较大,列车靠近开挖侧行驶时隧道衬砌结构动力响应比远离开挖侧行驶时大.     

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高于其他部位,边墙围岩强度储备值接近极限状态,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。     

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。