盾构隧道结构长期沉降研究综述

从已经出版的文献中可以发现,目前对盾构隧道沉降的研究主要集中在施工期隧道结构和地层的短期沉降及地层的长期沉降,但对隧道结构长期沉降研究的成果却不多.为着眼于隧道结构长期沉降的研究,首先分析了隧道结构长期沉降的主要因素,并对8个主要因素分别进行了讨论,对各因素的影响程度进行了定性的比较;然后对目前隧道结构长期沉降的研究方法及预测方法进行了总结,并对目前研究的不足之处进行了讨论.     

列车荷载作用下深厚饱和软土盾构隧道沉降分析

软土地层盾构隧道运营期沉降一直是工程界关注的重点问题。结合工程实例,采用不排水循环累积变形理论、循环三轴试验参数和简化动力有限元及分层总和法,分析深厚软土地层盾构隧道在运营期列车荷载作用下沉降响应。分析成果表明,隧道埋深越浅、隧底软土地层越厚,则运营期沉降越大;就沉降速率来看,隧道在运营期最大沉降速率将在隧道运营后的初期出现,且地层越差,沉降量越大,沉降速率越小,沉降稳定时间越长;采取一定沉降控制措施后,深厚软土地层盾构隧道在运营期列车循环荷载作用下的沉降是可控的。针对本项目的特点,结合分析成果,合理确定深厚软土地层盾构隧道沉降控制措施。     

新建电力隧道对既有地铁车站结构的沉降影响分析

某拟建电力隧道需穿越北京地铁5号线崇文门车站。为了研究隧道施工对既有崇文门车站结构所产生的影响,基于ANSYS软件建立近接隧道施工的三维数值计算模型,分析电力隧道开挖过程中地表及地铁车站结构沉降的变化情况,得到近接电力隧道施工引起的地表沉降最大值及既有地铁车站结构的最大沉降值,并确定了其最大沉降差与水平位移。研究表明:地表最大沉降满足地表沉降控制标准;电力隧道开挖时地铁结构横向及纵向沉降均在预测的沉降范围内。     

基于激光准直特性的隧道整体道床沉降图像监测技术

针对乌鞘岭隧道的路基沉降,利用CMOS图像传感器及相关仪器设备,采用二维测量方法对其进行沉降监测,提出乌鞘岭隧道路基沉降监测系统整体方案。阐述CMOS图像传感器测量原理、整体道床沉降监测图像传感器配置、图像采集和处理、数据分析和结果发布,提出以传感网技术和图像识别技术为基础的乌鞘岭隧道路基沉降非接触在线监测方法具有较好的实时性和准确性,可通过网络发布隧道路基沉降信息,对路基沉降进行预警等结论。     

隧道沉降引起的轨道结构变形与脱空

从微元体的平衡出发推导轨道结构变形的非线性控制微分方程。假设盾构隧道沉降遵从正态曲线,并引入阶梯函数描述轨道与基底的脱开状态,导出求解轨道变形的级数解。对支承块式道床轨道结构进行实例计算和对比分析。结果表明:级数解计算的道床沉降与实测数据一致;隧道沉降不大时,轨道结构的轴力对计算结果的影响可以忽略;隧道沉降槽宽度一定时,轨道结构的沉降、脱空范围及内力均随隧道沉降量的增加而增大;在沉降槽宽度小、沉降值较大时,钢轨与道床间以及道床与隧道底板间将产生沉降差及脱空。对隧道底板沉降槽半宽为3m的实例计算结果表明:在扣件失效条件下,隧道底板沉降值达到4mm时钢轨与道床间产生沉降差和脱空;在扣件正常连接条件下,隧道底板沉降值达到12mm时道床与隧道底板间产生沉降差和脱空;道床沉降值达到30mm时钢轨与道床间产生明显的沉降差;道床沉降值达到50mm时支承块与道床间产生脱空。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

小净距平行地铁隧道下卧土体长期沉降规律研究

为研究小净距平行隧道下卧土体长期沉降规律,以上海地铁1号线人民广场站—新闸路站区间隧道为工程背景,采用ABAQUS软件建立平行隧道仿真模型.以人工激励函数模拟列车荷载,并采用反映动偏应力的长期沉降模型,结合分层总和法计算隧道及对称轴处土体沉降值,分析隧道净距、列车运营速度和隧道衬砌刚度对土体沉降的影响.结果表明:土体沉...     

地下水位变化对砂土地层地铁隧道沉降影响试验研究

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律。结果表明：随着时间推移,隧道各测点所得数据呈现一定的周期性上升与下降变化趋势,前2年隧道总体上浮,之后略有沉降,第3年后虽有波动但基本未发生进一步沉降,第6年后隧道最大沉降不超过3 mm;砂性土地层中,地下水位变化会造成重塑土层内部应力变化,且振动荷载会导致土体颗粒结构重新调整至密实,易导致隧道发生沉降,因此不能忽视地铁周围施工降水给隧道带来的不利影响;土体振密及因地下水产生的浮力共同作用,导致隧道的上浮及沉降。相比于软土地层,砂性土地层中盾构隧道的沉降速率明显更低且沉降基本稳定时间更短,2种地层下的沉降规律、影响因素完全不同,各地层下的沉降分析理论亦无法相互适用。     

郑西客运专线黄土隧道基础沉降问题研究

郑西铁路客运专线黄土隧道基础的工后沉降是本线的重大技术问题之一,通过对黄土隧道的沉降问题进行分析,提出客运专线隧道工程的沉降控制参考标准,并对黄土隧道基础处理原则及处理措施进行探讨。     

盾构施工扰动对隧道结构弹性沉降的影响

为探索盾构施工扰动对隧道弹性沉降影响的估算方法,需估计隧道最终沉降。以某地铁为背景,基于Winkler弹性地基梁理论,同时考虑土的扰动程度,得到土体扰动度与隧道弹性沉降的关系;考虑隧道上覆荷载、土体初始变形模量及隧道弯曲刚度不同取值对隧道弹性沉降进行修正;然后基于某地铁8年的监测数据,半定性半定量地分析了扰动度、地质条件、上覆荷载对隧道沉降的影响,并考察了弹性沉降占总沉降的比例,及不同地质条件、上覆荷载情况下扰动度的分布范围。研究表明:隧道弹性沉降量与隧道上覆荷载成正比;与土体初始变形模量呈幂函数关系;与土体扰动度D呈指数关系;这3个因素相互关联,地质条件好、上覆荷载小的区域往往施工扰动小,地质条件很差、上覆荷载很大的区域往往施工扰动大;粗略估计,隧道弹性沉降约占总沉降量的20%;该地铁施工扰动度一般在0.2~0.5,地质条件较好且上覆荷载较小的地区,扰动度大概在0.2~0.3;对于地质条件较大且上覆荷载较大的区域,扰动度大概在0.4~0.5;选择上覆荷载较小、地质条件较好的地段,比较容易将扰动度D控制在较小的范围内,可明显减小对隧道弹性沉降及最终沉降。     

盾构隧道掘进对砌体结构建筑物沉降的影响

结合杭州地铁1号线某区间隧道工程下穿13栋住宅群的盾构施工,通过右线隧道(先掘进)和左线隧道(后掘进)下穿建筑物整个施工期间的建筑物底部与屋顶沉降的监测及分析,研究盾构隧道掘进施工对地表砌体结构建筑物沉降的影响规律。结果表明:砌体结构建筑物的沉降历时规律有别于天然地表沉降,尤其是后续沉降阶段的下沉量占累积沉降量的比例明显大于天然地表;右线施工稳定之后,砌体结构建筑物底部与屋顶的沉降曲线均基本符合高斯正态分布,左线通过后不再符合高斯分布规律;砌体结构建筑物屋顶的沉降曲线均与其邻近立面底部沉降曲线较为接近;单线隧道施工时,砌体结构建筑物的沉降曲线可用地表沉降Peck公式表达,但两者存在着本质差别,杭州地区砌体结构建筑物沉降槽的地层损失率取值范围一般为0.7%～6.4%,平均值为1.98%,沉降槽宽度参数的取值范围一般为0.36～1.77,平均值为0.78。     

复杂条件下超大跨地铁车站施工仿真技术研究

研究目的：研究复杂条件下超大跨浅埋暗挖地铁车站施工时,不同施工工序下开挖引起的地层扰动对地表沉降及拱顶下沉的影响规律。研究方法：以某超大跨浅埋暗挖地铁车站作为工程背景,利用ANSYS有限元软件作为开发平台,以浅埋暗挖隧道开挖支护理论为基础,采用平面应变模式,对双层两柱暗挖结构的三跨连拱隧道开挖支护全过程进行非线性仿真研究。研究结果：仿真计算结果与现场监测数据基本吻合,可以指导该类型隧道施工的地层沉降仿真研究、施工作业及信息化施工。研究结论：地表沉降影响范围约3倍洞径,最大沉降量为20.75 mm,拱顶最大下沉量为29.93 mm;超大跨隧道分部开挖“群洞效应”明显,在“上软下硬”围岩地层中,地层变形控制的关键工序是上部软岩断面的开挖支护,下部断面要减少爆破振动对地层变形的影响;大跨隧道开挖支护中,不同分部开挖引起的沉降量及沉降槽宽度是不同的。     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

软土地铁隧道沉降治理效果评估

基于某地铁隧道沉降治理过程中的实测数据,研究沉降治理效果评估方法。首先利用3次样条曲线插值法对隧道沉降监测点数据拟合,计算出累计沉降的曲率半径;然后以等效轴向刚度模型为基础,推导出盾构管片接头环缝张开量和纵向连接螺栓受力情况。通过理论计算对治理后隧道结构健康状态作出评估,全面分析隧道沉降治理效果,为后期运营维护提供依据。     

双线公路隧道下穿铁路隧道不同施工工法理论研究

针对新建隧道下穿既有铁路隧道施工安全性问题,基于有限元摩尔库伦原理对不同施工工法的三维隧道交叉模型进行模拟分析。对比分析CD法、CRD法和双侧壁导坑法的新建公路隧道下穿既有铁路隧道引起的公路隧道施工不同部位稳定性演变和运营铁路隧道沉降变化,以期为类似工程提供借鉴作用。研究结果表明:对于自身隧道开挖,双侧壁导坑法在控制拱顶沉降具有一定优势,但在水平收敛上CRD法效果最好,其次是双侧壁导坑法。不同工法对既有铁路隧道的沉降影响不同,采用双侧壁导坑法公路隧道施工对既有铁路隧道的沉降影响最小,且不建议在交叉隧道处采用CD法进行施工。     

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。     

西安火车站咽喉区下地铁车站设计与优化研究

为保障西安火车站复杂条件下地铁车站的建设安全,首先开展地铁线路和站位比选,综合考虑建设安全及换乘方便等因素,提出地铁车站优化设计方案,进而讨论地铁车站NTR施工方案,采用数值手段分析不同施工阶段的位移变化规律。结果表明:方案2为最佳线位走向,地铁线路少部分入侵大明宫保护范围,施工规划满足工期要求;地铁车站采用NTR工法进行施工,钢管顶进对应拱顶处地层最大沉降量为-11.3 mm、地表路基沉降量为-9.6 mm,土体分层分步开挖引起拱顶处竖向最大沉降值达到-29 mm、地表路基沉降量为-22.7 mm;针对施工沉降控制难点过程提供对应的沉降控制措施。采用方案2及NTR方案可满足火车站咽喉区下地铁车站的建设安全与工期要求,研究结果可为类似工程的地铁车站设计提供依据。     

双圆隧道二次注浆对结构的影响研究

上海轨道交通2号线东延伸段的川沙站到凌空路站,采用双圆盾构进行施工,运营期内持续沉降,后采用双液注浆的方式进行沉降治理。对双液注浆期间对结构会产生怎样的定量影响,及双液注浆完成后,加固体对衬砌的反作用力是否能保证衬砌结构的安全等问题,进行了详细的分析和计算,为注浆治理沉降工作提供理论依据。     

超前加固和初期支护对浅埋隧道地表沉降控制的贡献率分析

为研究浅埋软岩隧道不同支护方式对地表沉降的影响,以硅藻土地层飞凤山隧道斜井试验段为依托,采用数值模拟和现场监测手段,研究超前加固和初期支护对浅埋硅藻土隧道地表沉降控制的贡献率差异。研究结果表明:初期支护与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少31.7%,后方测点减少77.2%,可见初期支护对地表沉降控制贡献显著;超前加固与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少55.5%,后方测点几乎无变化,可见超前加固(掌子面约束)对其前方地表沉降控制贡献相对显著,但对其后方沉降控制贡献低;此外值得注意的是掌子面挤出位移减少了80.4%,改善作用明显;同时实施初期支护和超前加固可近似认为是仅初期支护和仅超前加固的叠加结果。研究成果可为依托工程及今后类似浅埋隧道提供参考。     

基于惯导的移动三维测量技术在地铁保护区变形监测中的应用研究

在地铁保护区变形监测中,水平位移和沉降作为重要的监测内容,通常用全站仪和水准仪测量,其测量精度高,应用比较广泛,但是该手段仅能对布设有监测点的区域进行监测,无法掌握隧道整体的变形情况。本文提出基于惯导系统的移动三维测量技术,通过在隧道内布设基准网,配合Lidar控制点绝对坐标传递,对惯导系统的累积误差进行修正,最终得到隧道结构三维点云模型。依托杭州市某地铁区间三维扫描项目,采用不同间距的控制点对惯导系统的累积误差进行修正,经与全站仪测量值对比,结果表明:移动三维测量技术的水平位移和沉降监测精度与隧道线型有关,当隧道为直线有坡度环境时,其水平位移监测精度比较稳定,基本保持在0.76 mm左右,沉降监测精度随控制点间距增大而降低,最优可达0.72 mm。