黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术

研究目的:黄土地区某城市地铁2号线盾构施工下穿既有陇海铁路线是一个盾构施工中的I级风险源,为保证地铁盾构施工安全下穿陇海线路,开展了盾构施工穿越既有铁路的变形控制技术研究,以为盾构安全施工提供技术支撑。研究结论:(1)黄土地区地铁盾构下穿既有陇海线路的地表沉降规律:不采取控制措施盾构施工时,路基右线隧道轴线正上方的沉降量为20.48 mm,左线隧道轴线正上方的沉降量为12.85 mm,左右线隧道的轴线上的沉降量均超出了沉降允许值;采取严格控制土压力、盾构匀速通过、严格控制注浆量、减少盾构推进方向的改变等减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施盾构施工时,右线隧道轴线正上方的沉降量为5.44 mm,左线隧道轴线上方的沉降量为4.95 mm,均小于变形允许值。(2)FLAC计算预测的变形规律与实际值基本一致,地表和铁路路基的变形量在允许范围内;减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施合理有效。(3)该研究成果可应用于黄土地区地铁盾构下穿铁路施工变形控制。     

地铁盾构区间穿越砂层及下穿既有建筑物影响分析

以青岛地铁1号线汽车北站-流亭机场站盾构区间穿越软弱砂层及下穿建筑物为背景,分别建立两个数值模型进行模拟分析,并与监控量测结果进行比对,研究盾构施工引起围岩扰动的变形情况和既有建筑物的沉降情况。数值计算结果表明,盾构掘进过程中,两个模型的沉降峰值均发生在隧道拱顶正上方,各施工步序中,拱顶的下沉量大于地表沉降量和建筑物下沉量。监测数据表明,地表累计沉降的最大值发生在隧道左线和右线正上方,分别为-11. 9 mm、-13. 1 mm,建筑物累计沉降值为-13. 1 mm,符合安全控制标准。     

盾构掘进施工引起的地表沉降分析与研究

结合沈阳地铁1号线某区间隧道工程的盾构施工,采用刚度迁移法对盾构在无附加荷载和下穿构筑物两种工况下的掘进施工进行数值模拟,研究盾构隧道掘进施工对地表构筑物沉降的影响规律。结果表明:盾构掘进施工时地表微量隆起,盾构通过时其上方地表略有沉降,约占总沉降量的40%;盾构通过后,引起的沉降约占总沉降的55%;后续沉降量约占5%;地表最大沉降量发生在线路中线地表处。结合分析结果,优化盾构机掘进参数,现场监测表明地表沉降控制在允许范围,确保盾构施工时地表建筑物的安全和铁路线路的顺利运营。     

盾构双线隧道下穿通信铁塔近接影响分析

地铁双线隧道盾构下穿通信铁塔,风险程度较高。研究盾构近接施工对铁塔位移的影响,对于保证施工中铁塔稳定具有重要意义。以天津地铁6号线盾构隧道下穿通信铁塔为例,通过有限元数值分析软件ABAQUS对盾构施工过程进行模拟。将地表沉降计算值与地表实测值进行对比,验证盾构模拟的合理性。对地铁双线隧道不同位置处下穿通信铁塔时铁塔位移变化进行研究,得到各位置处铁塔位移分布规律。同时分析铁塔受影响较大区域,结果表明在左线隧道开挖过程中,距隧道中心2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大;右线隧道开挖过程中,左线隧道左侧2倍洞径至右线隧道右侧2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大。     

盾构下穿掘进施工对建筑物影响分析

以合肥地铁1号线葛望区间下穿三层框架结构为工程背景,运用MIDAS/GTS软件建立数值分析模型,模拟盾构掘进对上覆建筑物的影响。结果表明:横断面最大累计沉降值发生在两隧道对称轴线上,沉降槽基本呈正太分布曲线;纵向沉降曲线所呈现的规律与上部无结构荷载影响时基本一致;上部建筑结构沉降曲线包括3个平稳和2个剧变阶段,且二次沉降规律明显;上部建筑物荷载对沉降槽宽度及反弯点的位置影响不大,最终沉降会明显增大;地表最大沉降随偏心比e₀的增大逐渐降低,当e₀=1.5时,隧道的最大沉降与上部无结构荷载影响时基本一致,但沉降槽宽度相比而言有所增大;先掘进建筑物下伏隧道、增大注浆压力有利于控制上部建筑物的沉降变形。     

盾构与浅埋暗挖隧道小间距并行施工技术研究

成都地铁5号线为满足车辆调度需求,在九兴大道站小里程端采用左线盾构隧道与右线大断面浅埋暗挖隧道的双线并行布设方案,双洞净距2.9m。本文以该超小净距隧道为背景,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降规律及夹层土体应力状况进行了分析。结果表明,无论何种开挖次序,先行隧道的开挖均会导致后行洞开挖引起的地表沉降曲线向先行洞偏移并有所增大;由于左线小断面盾构隧道施工扰动理论上较小,因此先施工右线大断面浅埋暗挖隧道后再进行左线盾构隧道的施工顺序更为合理;先浅埋暗挖后盾构隧道施工造成的地表沉降值在两洞中间区域略小于先盾构后浅埋暗挖隧道施工;双线隧道通过后地表沉降槽呈现出"U"形状态,盾构隧道的通过造成地表沉降影响范围增加了约1/4;双线开挖过程中中间土体在浅埋暗挖隧道一侧受施工的影响更为明显,应重点关注。     

左右线盾构超越施工影响下的土体变形规律研究

以武汉地铁3号线区间隧道工程为背景,针对右线盾构超越左线盾构施工这一工程实际,通过数值模拟与现场监测相结合的方法,研究施工过程中地表横向、纵向沉降变化以及深层土体的横向水平位移变化。研究结果表明:地表沉降与沉降槽宽度在右线盾构通过后明显增大;纵向地表在右线盾构通过前先小幅沉降,右线盾构通过后迅速沉降,当右线盾构离开监测断面40 m后沉降趋于稳定;不同深度土体的横向水平位移也不相同,最大位移发生在隧道埋深一半左右。因此,盾构超越施工对先建隧道的影响非常明显。     

青岛地铁1号线安安区间盾构隧道地表沉降研究

基于现场实测数据分析,研究青岛地铁1号线双线盾构隧道左、右线分别掘进情况下,安子站-安子东站区间的地表沉降规律,并讨论了二次注浆对地表沉降的影响。结果表明:无论是先掘进的隧道还是后掘进的隧道,其地表沉降都可以分为4个阶段,其中初期土体扰动导致的沉降占总沉降量的18. 1%;盾构通过导致的快速沉降占54. 7%;盾构通过导致的缓速沉降占11. 9%;邻线盾构通过导致的沉降占15. 2%。基于Peck公式,讨论了盾构隧道施工对邻线隧道地表沉降的影响。对先掘进的隧道进行二次注浆可以有效控制其地表沉降量,但注浆对土体产生的扰动会小幅增加后掘进隧道的地表沉降。     

富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

双线地铁隧道盾构施工对地层与建筑结构影响研究

地铁隧道施工会对周围地层产生扰动,引起周围地层应力的释放和调整,从而导致相邻建筑物的不均匀沉降和倾斜,严重时甚至出现失稳和坍塌,造成重大损失。文章以杭州地铁3号线隧道穿越某新建中学的盾构施工为研究对象,利用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立考虑隧道-土-锚杆-桩-建筑物相互作用的三维有限元模型,并通过三维数值模拟分析双线地铁隧道同向盾构施工引起的地层变形特性及基础与建筑物工作性状变化的规律。结果表明:盾构施工引起的地层、基础和建筑物变形较小;盾构施工前后,隧道附近桩基和锚杆的内力变化较大,建筑物梁柱构件的内力变化较小;建筑物的变形与稳定性均在安全范围内。     

软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

双线盾构施工引起地表及建筑物沉降规律研究

结合武汉地铁3号线19标段双线隧道施工,利用数值模拟和现场测试的方法,研究盾构施工过程中建筑物及地表沉降变形特征,并根据同一建筑物不同部位的沉降差判定施工过程中建筑物的安全性。研究结果表明:地表沉降在建筑物处明显增大,建筑物所在位置及其周围土体呈现整体倾斜变形;隧道横向上建筑物长宽比越大,地层滑移角及沉降槽宽度越大;建筑物和基础的沉降变形与隧道施工动态相关,基础的不均匀沉降导致建筑物安全性降低。由此可知,盾构施工对上部建筑物的影响非常显著,研究成果可为今后类似工程设计施工提供参考。     

地铁盾构施工对邻近建筑物桩基的影响研究

在地铁工程建设中,盾构法施工得到推广使用。而当近距离侧穿建筑物的桩基时,盾构推进会对桩基周围土体及桩基产生影响,从而引起地表沉降,危及建筑物的安全。此文以深圳地铁某隧道区间盾构施工近距离侧穿一建筑物桩基为工程背景,选取桩基与隧道间距最小的断面,采用有限元软件,建立数值计算模型,研究盾构推进对桩基周围土体及桩基的影响程度,以及造成的地表沉降。研究结果表明:桩身最大侧向位移出现在隧道轴线位置附近,桩的竖向沉降量沿桩长变化很小,桩身弯矩沿桩身分布,有正弯矩区和负弯矩区,桩身轴力沿桩长逐渐增大,到隧道轴线位置时达到最大值。隧道顶正上方地表沉降最大,为12.6 mm,两侧沉降量逐渐减少,形成一个横向沉降槽。     

地铁盾构隧道始发端近距离侧穿老旧建筑沉降控制措施

地铁车站端头附近建筑物易受基坑降水、基坑开挖、盾构始发、盾构掘进等多重影响。为研究新建地铁盾构隧道施工对既有老旧建筑的影响,以太原地铁2号线某盾构区间为例,根据工程地质情况及周边环境情况,设计提出如下措施:(1)盾构始发采用“钢套筒+洞外3 m冻结壁”的加固措施;(2)建筑物外侧打设复合锚杆桩主动加固建筑物;(3)盾构管片采用多孔管片,盾构通过后再注浆加固地层。数值模拟和现场实测表明,“钢套筒+洞外3 m冻结壁”的加固措施可有效保证富水砂层盾构始发的施工安全;盾构隧道侧穿建筑时,采用复合锚杆桩可有效控制建筑沉降。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

苏州轨道交通2号线盾构区间隧道设计的特点与难点

结合苏州轨道交通2号线盾构区间隧道的设计,针对盾构隧道下穿沿线大量房屋,深入研究不同房屋建筑的沉降控制标准、盾构同步注浆和二次注浆参数、盾构掘进参数、监控方案等,提出了明确的保护实施方案;对线路绕避桥梁、桥梁拆除和盾构机直接切割桥桩方案做了技术比选,重点介绍盾构机切割桥桩的实施要求如盾构机刀盘改造、桥梁截桩保护、掘进施工和盾构隧道加强措施等;对盾构隧道下穿铁路站场,根据城际高速铁路和普速铁路不同的沉降控制标准,研究制定了不同的加固方案,结合铁路站场改造协调制定了具体的加固实施方案。     

数值分析结合自动化监测技术在地铁下穿工程中的应用

为确保地铁双线盾构隧道长距离平行下穿既有建筑物的安全,采用FLAC3D有限差分软件建立模型,获得施工过程中地铁盾构隧道所引起的该建筑结构的变形规律及影响范围,并提出针对性的监测方案。结果表明:(1)根据理论计算及实际监测,盾构隧道施工对既有建筑结构的影响范围为隧道上方及两侧20 m横向范围,因此应对该范围内的建筑结构进行重点监测;(2)为降低由于盾构施工造成的地层损失,及时对区间下穿既有建筑段下方隧道拱部管片外侧地层进行二次注浆加固很有必要,通过监测可知,该建筑结构最大绝对沉降值约为9.5 mm,最大差异性沉降值为10.5 mm,均满足评估单位给出的安全指标;(3)采用自动化监测手段,实时掌握建筑物的变形数据,通过调整盾构推力、土仓压力、掘进速度等掘进施工参数,最大程度降低对既有建筑结构的扰动。     

盾构隧道下穿含气地层江堤沉降控制分析简

针对杭州地铁某盾构隧道下穿富含沼气地层的防洪大堤工程,数值模拟分析盾构下穿防洪大堤过程中引起的大堤沉降和分层注浆加固对沼气释放引起的大堤沉降控制效果,借此提出合理的大堤沉降综合控制措施。研究表明,分层注浆加固对控制大堤沉降效果明显,最大沉降值减小幅度达31．9％;沼气释放对大堤的沉降影响较大,需要在推进过程中严格控制盾构土仓压力和推进速度。     

盾构小曲线半径下穿注浆加固建筑群分析

盾构机掘进过程对周围建筑物、管线及道路的影响归根到底是隧道周边土体扰动造成的。本文以石家庄地铁三号线水上公园站-柏林庄站区间350 m半径小曲率转弯下穿预注浆加固建筑物为例,通过监测盾构机转弯过程中土体的分层竖向变形及水平位移数据,研究其规律及特点,同时对比直线段及曲线段特征规律。盾构机掘进过程中对土体扰动的最大沉降量为4 mm,最大上拱量为20 mm,外侧水平位移为3.9 mm,内侧水平位移为2.7 mm。结果表明,在小曲率半径转弯段,地基预注浆加固隧道周围土体仍易产生较大上拱,影响隧道施工安全,应采取有效措施进行预防。本研究可为盾构机在小曲率半径条件下通过预加固地段施工提供指导和借鉴意义。