顶管施工过程穿越下覆既有地铁隧道数值分析

南京江北新区沿天华南路新建污水管采用顶管法施工,顶进路线由既有地铁3号线上方近距离穿过。为了保证地铁隧道安全,利用MIDAS/GTS三维整体建模,通过划分施工段模拟施工过程来预测施工可能引起的隧道变形及地表隆起。根据数值模拟结果,分别从隧道竖向位移、隧道水平位移、隧道管径径向收敛和地表土体位移等方面分析其安全性,并提出相应建议。研究表明:顶管施工过程中,隧道竖向位移主要表现为隆起,下覆隧道竖向位移先后经历了初始隆起、隆起增强和隆起稳定3个阶段,地表竖向位移先后经历了隆起增强、隆起减弱和沉降3个阶段;顶管对隧道水平位移的影响主要集中在通道投影范围内;结论可为类似工程设计施工提供参考。     

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

 类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明：类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。     

高填方土体中隧道开挖对地表市政设施的影响

为研究在高填方土体中开挖隧道对地表道路、挡墙和通道等市政设施的影响,采用ANSYS软件建立模型,对隧道开挖引起的土体变形进行模拟计算。结果显示,隧道开挖将导致地表不均匀沉降并形成负曲率,造成道路沉陷、开裂,挡墙墙体开裂、倾斜,通道沉降等危害,路面竖向位移达14.96~44.83 cm,挡墙在竖向和水平向的沉降差分别达到26 cm和7.35cm,通道沉降量达33 cm。隧道开挖后的长期变形预测表明,填土体仍会产生一定变形,道路、挡墙及通道仍会产生一定的沉降和变形,但其变形速率减缓,趋于稳定。在施工过程中应禁止爆破作业,加强监测,并视病害程度采取预加固措施。     

地铁同区间不同冻结联络通道变形对比

为探究同一区间下不同地铁联络通道在冻结及开挖过程中对盾构隧道、地表位移变形的影响规律,以穗莞深城际SZH-9标机场北站-机场站盾构区间的3个联络通道为工程背景,通过对现场盾构隧道拱顶、拱底、净收敛及地表位移监测分析,获得结果:盾构隧道净收敛在联络通道冻结和开挖时期扩张,而开挖准备和注浆阶段收敛值变小,其变化曲线近呈“M”型;受应力传递及释放影响,拱底、拱顶在注浆阶段前的竖向变形随施工工况逐渐增加,注浆阶段位移则变小,并且拱底受外界改变而发生的波动较大;联络通道施工中采取融沉注浆对于地表变形的稳定具有明显效果,并且能够对变形进行补偿,使地表得到一定程度上的恢复。     

浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究

 结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道,对浅埋三车道大跨度隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测,探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式,分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。通过现场试验研究发现,在浅埋大跨度隧道管棚施过程中和开挖到达掌子面前方时,地表已经发生先行沉降位移。采用三台阶七步开挖法,影响隧道中心附近地表变形的关键步序分别为上、中台阶开挖以及下台阶和仰拱施做,处于左右洞之间的地表变形受到左右洞两次施工干扰,大于左右洞外侧变形。掌子面施工对地表沉降变形影响范围主要集中在掌子面之后的1倍洞径(D)范围内,距掌子面1D距离之后,其变形逐渐变缓,最终地表沉降变形分布呈现整体向优先开挖一侧的偏态性。采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程,研究隧道地表沉降变形特征,其结果与现场监测所得结果具有较好的拟合性,所得结论对其他类似工程具有重要的借鉴意义。     

地铁交叉隧道地层变形分析

以北京地铁五号线东单站近距离上穿既有线东单-王府井区间为例,采用FLAC3D非线性大变形程序对交叉隧道采用浅埋暗挖四步台阶法进行新隧道施工引起的地层变形进行了三维数值模拟,再现了土体随开挖位移及应力变化规律,对既有隧道开挖位移分布模式及受车站开挖变化规律、地表与拱顶沉降规律对比、各地层竖向沉降规律,并与现场试验断面的实测数据对比分析,验证了结果的可靠性.     

出入口通道顶管近接高架桥桩施工影响

文章针对广州地铁某车站出入口通道顶管近接高架桥桩,建立有限元模型,分析工后地表竖向位移和桥桩位移,得到结论:(1)沿主干道轴线地表竖向位移主要发生于47~#、48~#桥墩之间,最大沉降约5 mm, 47#、48#桥桩表现出挡土效应,靠近顶管一侧地表略有隆起;(2)主干道高架桥桩桩顶沉降最大值约0.4 mm,匝道高架桥桩桩顶沉降最大值约0.5 mm,浅埋顶管施工对桥桩沉降的影响很小;(3)主干道和匝道高架桥桩最大水平位移均发生于桩顶,顶管两侧桥桩水平位移接近对称,横桥向为主要水平位移方向。     

受顶管施工影响的土体扰动分析与实测研究

近年来,顶管施工引起的土体扰动特性研究越来越重要。通过分析顶管施工过程地表位移的分阶段扰动机理,将顶管推进过程中的地表位移分为四个阶段:前期波动阶段、隆起阶段、施工沉降阶段和后期固结沉降阶段。本文利用上海世博电力隧道工程的土压力、孔隙水压力、深层水平位移和地下水位实测数据,分析顶管施工引起的土体扰动特性,研究表明,顶管施工中的开挖面稳定和泥浆套技术对土体扰动有较大影响。     

盾构隧道开挖引起的土体位移有限元分析

为了研究某地铁隧道过江段开挖施工引起的土体位移变化情况,建立了隧道盾构施工的有限元模型,基于生死单元法模拟了过江段盾构隧道开挖过程,计算了盾构施工不同阶段的土体表面沉降量及土体竖向和横向位移沿深度变化情况。研究表明土体位移随盾构开挖过程逐渐变化,竖向位移沿地表至隧道埋深处逐渐增加,隧道位置处的侧向位移量最大,且土体位移与盾构参数有密切关系。     

基坑施工对地铁盾构区间隧道影响分析

结合苏州地铁4号线北侧某建筑基坑开挖,用Midas GTS有限元分析软件对基坑施工过程进行计算模拟,分析基坑开挖对地铁4号线区间隧道的影响。结果表明:基坑开挖过程对地铁区间隧道影响最大,基坑回筑过程地铁区间隧道变形较小。基坑开挖过程中地铁区间隧道竖向最大沉降量为1.51 mm,隧道水平向最大位移为6.32 mm;建筑基坑开挖过程中地表沉降最大值为2.5 mm,基坑坑底隆起最大值为20.3 mm,最大值发生在开挖至坑底阶段;围护结构变形和受力满足设计要求。     

某地下通道施工动态监测与数值模拟分析

以大连市某地下通道工程监测项目为背景,通过对该地下通道横向地表沉降曲线、纵向地表沉降曲线以及洞周收敛和拱顶位移曲线的数据分析,验证在城市主干道下进行地下通道施工地表沉降对隧道围岩稳定性的控制作用.同时应用FLAC数值软件,采用平面应变模型对南侧施工段XS-2#断面的不同施工阶段进行数值模拟分析,得出考虑应力释放情况下不...     

Construction of a large-section long pedestrian underpass using pipe jacking in muddy silty clay: A case study

This paper presents a case study of constructing a large-section long pedestrian underpass using pipe jacking method in Nanjing, China. The underpass, having a width of 7 m and a height of 4.3 m, was jacked 94.5 m in muddy silty clay under a busy roadway with 6.2 m overburden soil, meanwhile it traverses above the existed shield metro tunnels with just 4.5 m from the underpass bottom to tunnel vault. This paper introduced the design and construction schemes of this project in detail. A pre-construction three dimensional numerical simulation was conducted to investigate the responses of the roadway and metro tunnels to pipe jacking construction. Based on the simulation results, the field monitoring program was proposed, and the tunnels deformation and ground settlement were constantly monitored. The field performances of the metro tunnels and roadway were analyzed according to the monitoring data. In the jacking process, the micro-underbreak method was adopted. In order to decrease the tunnels uplift and ground settlement, the actual volume of soil conveyed out from soil chamber to ground surface was kept 95–98% of theoretical soil volume cut by cutter head. In general, this project is completed successfully without taking any additional time and money-consuming deformation control measures. The ground traffic and underneath metro runs well during the whole construction process.     

某隧道下穿高速公路段开挖过程路面变形分析

阐述了前黄隧道下穿高速公路的主要施工技术方案,对施工期间高速公路路面的监控量测及路面沉降进行了论述,并对其监测数据进行了分析,从而明确了路面变形与隧道开挖之间的关系.     

基于数值模拟的北京地区地下道路立交隧道围岩变形分析

城市地下道路立交隧道施工过程中围岩变形分析是工程建设中的核心问题。依托北京城市地下道路工程,采用城区地质条件分层概化方法、三维数值模拟方法分析了临时仰拱台阶法（台阶法）、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）和双侧壁导坑法（双侧壁法）施工影响下的立交隧道地表沉降、洞周变形和塑性区分布特征,明确了立交区域上下层隧道施工的影响规律。研究发现,立交区域同时受到了上下层隧道施工的影响,在地表形成椭球形的沉降盆,在洞周出现了较大的差异沉降|在地表地层和洞周拱脚、拱肩截面的“X”形区域出现了较为集中的破坏区|CRD法和双侧壁法在控制立交隧道地层变形和破坏方面具有明显优势。研究成果可为北京城市地下道路立交隧道设计、施工决策制定提供参考。     

Interaction of twin tunnels and shallow foundation at Zand underpass, Shiraz metro, Iran

Tunnel construction in urban areas may inevitably require crossing close to adjacent structures. In this paper, the driving of Shiraz metro twin tunnels beneath Zand underpass of a major municipal artery built 15 years ago has been analyzed. The earth pressure balance (EPB) operation parameters consisting of face pressure, grout pressure and thrust force, which are effective on the ground movement and tunnels-underpass interaction, were investigated. For precise analysis, the effects of twin tunnels construction on modification of normal forces and bending moments of the underpass structural members and first tunnel lining were also studied. The results showed that, face pressure as compared to grout pressure and thrust force had a more significant impact on the underpass settlement. The rate of displacement differences because of increasing those EPB operation parameters at tunnel crown was greater than the surface and piles toe of the underpass. The changes in normal forces of the underpass were greater than bending moments, which could be related to high bending moment of the underpass members. The normal forces showed remarkable variations in the upper concrete plate of the underpass. The effects of second tunnel construction on the first one, regarding to the changes in normal forces, bending moments and displacements showed less than 10% increment.     

全风化岩层中双线盾构上穿近邻地铁隧道影响分析

依托佛莞城际铁路盾构隧道在全风化花岗岩地层中上穿广州地铁七号线工程,针对全风化花岗岩地层致密、渗透系数小及双层四线叠交穿越复杂地层等特点,通过现场监测与三维动态有限元数值模拟手段,解决实际工程中注浆压力合理取值与既有隧道变形控制这两大难题。其中,通过模拟掘进隧道在不同注浆压力值的工况下,对既有隧道动态上浮变形值和地表沉降值的影响关系,进而确定最佳注浆压力值。同时,由于双层四线叠交穿越工况对既有隧道扰动的影响较大,为避免发生管片错台和开裂等危险,结合工程实际提出控制既有隧道变形的措施。研究结果表明：在全风化地层中注浆压力设为0.5MPa时,能合理控制地表沉降与既有隧道变形;穿越施工对既有地铁隧道竖向变形的影响存在“滞后效应”;盾构单线穿越后,既有隧道竖向变形呈现近似单波峰状的正态分布曲线;盾构二次穿越后,曲线形态由近似正态分布曲线向类“M”双波峰形转变,且波峰位置产生约2m的偏移;既有隧道横断面管片最终变形呈“竖鸭蛋”状,其横向椭圆度为1.4‰,竖向椭圆度为0.71‰。针对分析结果,工程中采取合理的压重措施,有效抑制既有隧道的上浮变形,研究成果在隧道穿越类似地层的施工中具有一定的参考价值。     

大断面小净距公路隧道现场监测分析研究

针对大断面小净距隧道的特点,对福建省鹤上隧道进行地表下沉、围岩内部位移、洞周收敛、拱顶下沉、围岩压力、衬砌内力等项目的监测工作。基于监测结果,分析该隧道围岩和支护系统的变形及受力特点,指出小净距隧道开挖影响的时空范围和隧道衬砌支护的最佳时机,并为支护体系的优化提供依据。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴。     

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。     

盾构穿越引起的既有盾构隧道纵向变形研究

研究既有隧道在新建隧道穿越时产生的响应,提出一种能准确预测既有隧道位移的计算方法。采用目前国内较为先进的转动错台模型,在考虑施工因素的附加荷载作用下,运用最小势能原理对既有盾构隧道在新建隧道穿越时的结构变形进行了分析预测。并分别选取了3个工程实例对新建隧道在不同穿越工况下本文方法的预测准确性进行了验证。研究结果表明:本文方法计算值与实测值较为吻合,能计算出既有隧道的竖向位移、环间的错台量、转角和剪切力,进而判断既有隧道结构的安全状态;既有隧道发生沉降时管片以错台变形为主,转动变形占比较小(约30%)。     

Displacement characteristics of high-speed railway tunnel construction in loess ground by using multi-step excavation method

The sequential excavation method (SEM), in which the tunnel face is partitioned into several temporary drifts, can promote face stability and reduce ground displacement. Three-bench seven-step excavation method (TSEM) as a kind of the SEM, which can stabilize the tunnel face but does not require any additional support, has been widely used in loess tunnels with large cross-sections for high-speed railway (HSR) in China. This study focuses on the effects of TSEM on the displacement characteristics for HSR tunnels in loess ground. A series of in-situ tests and numerical simulations were conducted to reveal displacement characteristics and obtain optimal construction approaches for large-span loess tunnels in China. The strata around the loess tunnels have undergone significant settlement either at the arch part or at the ground surface due to loess’s metastable structure especially in the new loess ground. Upper strata above loess tunnels subsided as a whole, and the subsidence developed suddenly and devastatingly. Large residual ground surface settlements still occurred after the ring closure of the primary support even after the application of the upper lining. The best construction approach of TSEM was proposed for its potential to limit surface and subsurface ground displacements, as revealed both by numerical simulation and field monitoring.