大直径盾构隧道扩挖地铁车站的力学性能研究

日益复杂的地铁建设环境使得地铁线路布置困难、施工风险加大,同时对施工方法也提出了更为严格的要求。采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间并在盾构隧道基础上小规模扩挖形成车站是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线高家园站为背景,提出了在外径10 m的大直径盾构隧道基础上采用CRD(Cross Diaphragm)法扩挖地铁车站的两种方案,利用“地层-结构”相互作用有限元法模拟了车站扩挖施工过程,研究了结构体系的受力转换规律。结果表明：在扩挖施工中,结构受力转换频繁;结构体系的最大轴向应力位置由管片环转移到初期支护,最大剪应力位置转移到封顶块管片;管片环由受压状态为主转向受剪状态为主,初期支护、中隔板、梁柱及临时支撑以受压状态为主;封顶块管片和顶梁上部翼缘处的应力较大,应对这些位置进行加强处理。     

盾构隧道结合洞桩法修建地铁车站地表沉降控制标准分析

在盾构隧道基础上结合浅埋暗挖法可以有效地解决地铁车站和盾构隧道施工之间的矛盾。北京地铁14号线试验段采用外径为10 m的土压平衡盾构修建,试验段上的车站结合PBA法（洞桩法）扩挖而成。综合运用预测地表沉降的经验公式、相关统计资料和规范,以及数值模拟方法,对大断面盾构隧道结合洞桩法修建地铁车站的施工过程进行地表沉降分析。结合北京地铁车站地表沉降控制基准值和现有地铁车站地表沉降统计数据,提出较为合理的地表沉降控制标准,并按照三级控制的管理方法,分级分步进行地表沉降控制,研究结果对指导工程施工有一定的参考价值。     

某黄土隧道病害原因分析及处治措施

某黄土公路隧道在通车运营几年后出现了衬砌开裂及隧道沉降病害。通过对该黄土公路隧道病害的监测及其发展过程的分析,得出黄土工程特性、地表水及黄土隧道埋深是造成隧道病害的主要影响因素。针对上述隧道病害,本文提出用有限元计算分析方法对4种不同工况下的加固方案进行分析,结果表明对结构的局部补强和对地表水的处理,结构与土体之间应力的传递和消散作用使得应力逐步得到调整与改善,最后对拱脚的加固使得隧道结构的整体性进一步加强,应力分布更加合理,承受荷载的能力进一步提高。故而本文提出,该隧道衬砌裂缝应进行修补加固,同时对拱脚地基采用树根桩和夯扩桩加固的方法可以提高隧道安全通行能力。     

采用矿山法构筑区间盾构隧道渡线段的方案探讨

针对北京地区地质条件,提出了在区间盾构隧道之间采用矿山法构筑渡线隧道的方案,即先在最大开挖断面处拆除管片,沿横向扩挖出一条施工通道;然后在施工横通道侧壁开口,从大断面向小断面进行渡线隧道的断面渐变段、双联拱段和分离单洞的施工,从而在两条区间盾构隧道之间采用矿山法完成渡线隧道的施工;最后,应用FLAC数值计算软件,探讨了管片拆除及隧道断面扩挖引起的地表沉降和塑性区分布范围。研究结果表明,针对北京地区的地质条件,提出的在区间盾构隧道之间采用矿山法构筑渡线隧道的方案具有工程适用性。     

双连拱隧道施工监测及数值模拟研究

以张石高速JK-2合同段岔道2#双连拱隧道工程为背景,通过现场埋设多源传感器构建的监测信息平台,结合回归分析方法及高置信度关系模型等参数反馈信息,对获取数据进行提取、融合和态势分析,得到了浅埋偏压连拱隧道在施工开挖过程中围岩应力、位移、变形、塑性区和支护结构等动态变化规律;对监测过程出现的各种异常现象及产生原因进行深入分析与研究,客观描述了围岩的稳定性状与支护效果。同时,采用有限元软件以实际地形等高线为参照,建立仿真三维模型对隧道施工开挖进行数值模拟,比较采用不同施工方案对隧道整体结构及支护的影响。针对原浅埋、偏压连拱隧道施工方案提出优化建议,修正优化开挖方案和支护设计,对目前同类特征隧道施工具有借鉴指导意义     

软土地区双侧深基坑施工对邻近地铁车站及盾构隧道变形影响的分析

以某软土地区邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑工程为背景,运用ABAQUS数值计算软件对邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑施工进行数值模拟,研究了双侧深基坑施工过程对基坑坑内土体隆起与坑外土体沉降的影响,分析了双侧深基坑施工过程中地铁车站及盾构隧道变形情况,得出地铁车站及盾构隧道变形规律。计算结果表明:基坑内侧土体隆起最大值为54.3 mm;围护结构X向位移最大值为32.8 mm,Y向位移最大值为26.8 mm;车站竖向位移最大值发生在A1区开挖至坑底工况,最大值为6.8 mm,而车站水平位移最大值为7.6 mm;弯矩累计增量最大值155.9 kN·m/m,经计算,施工过程对车站主体结构影响很小;盾构隧道X向水平位移最大值为4.7 mm;而盾构隧道沉降最大值为3.8 mm,发生在A1区开挖至坑底工况。      

三管并行盾构隧道近接施工纵向效应离心模型试验研究

结合上海轨道交通9号线R413标段三管并行盾构隧道下穿沪杭铁路段工程,通过模拟盾构隧道的地层损失的方法,进行了离心模型试验,研究了设置地层加固和不设置地层加固情况下三管并行盾构隧道近接施工时的衬砌内力纵向效应规律。试验结果表明,中间隧道施工时,受其影响左右隧道拱腰位置弯矩和轴力均出现较大变化,设置地层加固可以有效减小纵向效应的影响,但仍需注意在施工中加强盾构壁后注浆,设置纵向钢架以减小近接施工纵向效应对管片尤其是接头处的影响。     

基坑工程下地铁隧道隆起位移数值模拟分析

结合南京龙蟠路隧道（南侧）西段上跨既建成的地铁1号线双线盾构隧道的基坑工程,针对未经加固以及运用高压旋喷法加固基坑坑内地基两种工况,采用ANSYS对已建地铁盾构隧道隆起位移进行三维弹塑性有限元数值模拟。模拟计算结果表明,坑内未经加固基坑开挖后下部隧道隆起位移过大;坑内加固后基坑开挖不会造成下部隧道过大的隆起位移是安全可行的,该结论与工程实际监测结果相符。     

梅子沟联拱隧道中导洞锚喷支护FLAC模拟研究

梅子沟联拱隧道处于复杂的浅埋地层环境中,其穿越地层多数为强风化与全风化地层.根据联拱隧道动态设计施工的实质内容和新奥法施工原理,采用三维有限元差分法(FLAC)对梅子沟隧道中导洞锚喷支护设计进行了力学响应动态模拟,并分析了锚喷支护机理以及围岩体应力场和位移变形状况,由此提出了联拱隧道合理的施工工序.     

交错既有隧道次生力学效应三维模型试验

为分析交错新建隧道施工对既有隧道的影响,采用公路隧道结构与围岩综合试验系统对交错隧道进行三维物理模型试验。测试的内容包括新建隧道开挖引起既有隧道围岩内部压应力、围岩内部位移及支护结构内力的变化规律。试验结果表明,既有隧道拱顶径向压应力和拱腰切向压应力具有增加趋势,拱顶切向压应力和拱腰径向压应力具有减小趋势;拱顶围岩内部位移表现为压缩变形,拱腰围岩内部位移为拉伸变形;既有隧道支护结构的轴力和弯矩全为增加,右拱腰的弯矩受到的影响最大;新建隧道施工对既有隧道L8截面的影响较小,对L1和L4截面的影响非常明显,当间距小于L8截面情况时应采取加固措施。     

偏压分岔隧道施工过程损伤破坏分析与优化研究

正在施工的沪蓉西高速公路八字岭分岔隧道属于偏压隧道,而且分岔隧道包括连拱段和小净距段,施工过程转换复杂,因此,采用正确的施工方案对于隧道的稳定性非常重要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤耦合模型,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM。建立了分岔隧道大型三维数值模型,采用弹塑性损伤有限元D-FEM模拟了分岔隧道不同的施工过程,通过分析施工过程中隧道围岩的位移、应力和损伤屈服区,最终确定采用左洞超前右洞32 m,左右洞同步开挖的施工方法。     

地铁暗挖隧道上覆地层大变形规律分析

地铁隧道施工扰动地层,地层应力释放产生相应变形,并且在不同条件下变形量表现出较大的差异。通过对深圳地铁Ⅰ期工程3A标国老区间隧道横断面地层深部位移的现场实测和回归分析,得出了深圳富水软弱地层中浅埋暗挖法施工地层运动的基本规律。由此提出控制地层大变形的技术措施,在Ⅰ期工程的后期施工中得到充分利用,取得了较好的指导施工效果。     

复杂地铁车站施工对邻近建筑物变形影响数值分析的位移叠加法

换乘地铁车站基坑工程地下空间布局复杂,由垂直交叉的地铁车站基坑工程、联络通道、区间隧道等共同组成,通常采用数值模拟方法分析基坑施工对邻近建筑物的变形影响。由于空间结构复杂、基坑规模大,采用整体模型来模拟施工过程建模困难,网格数量多,单台微机难以完成。为了解决这个问题,在合肥市潜山路地铁车站的数值模拟计算中采用位移叠加法,把复杂的地铁基坑工程计算模型剖分为整体模型和一个局部模型,将整体模型计算的变形结果作为局部模型计算的初始位移场,在该基础上对局部模型进一步开挖模拟基坑工程施工对邻近建筑物的影响。以单元内插法和反距离加权插值法为例,通过两种方法导出整体模型的初始位移场,并将两种位移叠加法计算得到的结果与单独计算的结果进行对比。结果表明,采用位移叠加法得到的计算结果与单独计算得到的结果基本一致,可近似作为完整模型计算结果,证明了位移叠加法的可行性。通过比较可知,采用反距离加权插值法比单元内插法具有更高的精度,得到的计算结果更准确。研究结果对复杂基坑工程数值模拟计算有重要的参考和应用价值。     

盾构近距离穿越施工的工作面土压力研究

盾构近距离穿越已建地下构筑物位移场的影响因素及其敏感性与常规施工有较大的不同。结合上海地铁四号线隧道超近距离穿越运营地铁隧道的工程实例发现当盾构接近上方近距离（净距为1.05 m）地铁隧道时地层土压力发生较大变化,相应的盾构土舱管理压力需作相应调整。根据隧道受荷机理及弹性力学原理,找到了这一问题的理论依据,便推导了相关理论公式,并在实际工程中设计了盾构土仓管理压力分步台阶控制方案,对盾构控制起到了很好的指导作用,成功地将地铁位移控制在5 mm之内。土压力实测结果与理论推算的数值大小及分布相当接近,说明所采用的理论方法是正确可靠的,在盾构超近距离穿越施工中具有重要指导意义。     

地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统

为确保北京地铁5号线崇文门站施工期间其上方既有地铁隧道的运营安全,采用远程自动监测系统对既有地铁结构的动态变化进行了实时监控。该监测系统由传感器子系统、数据采集与传输子系统和数据管理子系统构成,可以最大限度地降低监测与运营的相互影响。传感器子系统包括静力水准仪、梁式倾斜仪、位移计和测缝计,分别监测隧道沉降、道床沉降、两走行轨横向高差和水平间距以及结构变形缝的变化;数据采集与传输子系统将采集到的数据以有线方式传输至信息中心;信息中心的数据管理子系统对接收到的数据进行处理,并通过公共网络将监测信息及时反馈给相关单位。该系统在北京地铁5号线崇文门车站下穿环线地铁隧道施工期间对既有地铁结构的变形实施了有效监控,有关单位根据监测系统反映的异常情况及时调整了施工措施,取得了理想的控制效果,保证了施工期间既有地铁线路的安全运营。     

劈裂注浆抬升既有管道效果分析及工程应用

地铁车站施工中常穿越大量的市政管道,由于隧道开挖引起地层损失和地表沉降,地下管道将会发生变形,往往影响地铁施工,注浆是对地下管道进行沉降控制的主要技术措施。以北京地铁黄庄站下穿热力管道抬升注浆工程为研究对象,利用三维有限差分数值方法分析了新建车站开挖引起超大管道的变形特征。结果表明,在抬升区注浆单元施加膨胀压力可以较好模拟注浆抬升既有管道的效果;采用应变软化模型,可以有效模拟土体材料的弹塑性力学行为,反映注浆完成后浆脉的固结和周围土体的湿陷作用。对比注浆抬升模拟计算和沉降监测结果,验证了有限差分数值方法模拟劈裂注浆抬升管道过程的正确性和有效性。同时模拟分析注浆抬升管道的影响因素,获得了一些规律性的认识,为劈裂注浆抬升地下管道工程的施工和设计提供指导。     

邻近基坑开挖的运营地铁车站结构安全度分析

为保证既有地铁车站的正常运营和地下车站结构的安全,在邻近基坑开挖过程中就需要严格控制运营地铁车站结构的变形。结合上海某邻近基坑开挖的运营地铁车站,运用叠加原理,采用有限元荷载结构法和强制位移法,分别按照裂缝控制和强度控制来对车站标准段结构的稳定性及其允许变形进行分析和反算,为基坑施工提供车站结构变形的控制标准     

地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析

在总结地铁盾构施工的控制原则以及盾构通过临近群桩的动态预测方法的基础上,结合武汉地铁的设计,采用数值模拟方法对地铁盾构穿越汉口火车站区时地面及建筑物桩群进行模拟,分析了盾构穿越一般底层和穿越群桩基础两种不同的情况的位移情况,从而对盾构隧道对城市地面以及建筑物的影响做出评价,提供了盾构穿越建筑物施工安全控制的建议。