天津地铁盾构隧道四线交汇掘进数值分析

为解决多条近接隧道施工时后行隧道开挖对先行隧道结构造成的不利影响,以天津地铁5、6号线四线交汇隧道为研究对象,选取典型复杂断面,采用数值软件FLAC3D,模拟富水地层中四线交汇隧道开挖时隧道结构之间的相互影响规律。结果表明： 该复杂断面处,后行隧道施工使先行隧道整体位移具有偏向开挖隧道移动的牵引趋势,且先行下部隧道竖向整体位移较横向整体位移变化更为显著。在渗流作用下,先行下部隧道施工产生的地表沉降量及沉降范围相比后行上部隧道较大,验证了富水地层中渗流作用对土体变形影响程度及范围均远大于开挖应力释放的影响。     

富水全风化花岗岩地层隧道开挖稳定性分析

隧道穿越富水全风化花岗岩地层时，隧道开挖会引起地下水径流改变，洞内掌子面附近渗流会引起围岩中细颗粒物质流失，改变围岩土体的组成并降低其力学性能，影响围岩整体稳定性，极易诱发其失稳坍塌。基于室内三轴CD试验获取全风化花岗岩内摩擦角、粘聚力及抗剪强度等指标，采用强度折减法对隧道稳定性进行定量分析，并研究了降水措施对隧道稳定性的影响。研究结果表明：1)开挖后全风化花岗岩中细颗粒逐渐流失，引起干密度、粘聚力及内摩擦角降低，进而降低围岩抗剪强度及自稳性，诱发隧道失稳坍塌；2)隧道稳定性安全系数随着渗流导致围岩软化发展而减小，拱顶沉降及仰拱回弹变形则随之显著增加，开挖后塑性区范围逐渐增大，从拱脚向拱腰发展，并逐步向地表扩展；3)洞周采取降水措施可降低洞周含水率，能提高隧道开挖稳定性，可直接提高围岩的安全系数。     

考虑重力影响的含空洞地层浅埋隧道围岩应力及位移解析解

为了明确地层空洞对浅埋隧道施工引起的地层应力和位移的影响，建立了含空洞地层浅埋圆形隧道围岩应力和位移解析模型，该模型既能考虑隧道开挖边界上的重力释放过程，又能考虑隧道与空洞的相互作用。采用复变函数法和Schwarz交替法对模型进行了理论求解，并将该模型解析解与有限元数值解进行了对比分析，两者吻合较好。基于所建立的解析模型，分析了应力释放系数、空洞位置及尺寸对地层应力和变形的影响规律。结果表明：随着应力释放系数和空洞尺寸的增大以及空洞与隧道间距的减小，空洞影响效应逐渐增大；空洞位于隧道拱顶时影响最为显著，空洞位于隧道斜上方时影响次之；空洞导致圆心连线两侧0°~5°范围内的隧道洞周环向应力减小，两侧5°~45°范围内的环向应力增大；空洞导致靠其一侧的隧道收缩变形增大，其中圆心连线位置上的隧道收缩变形增长最为显著；而地表最大差异沉降位于空洞正上方处。研究成果对含空洞地层浅埋隧道施工引起的围岩变形和应力预测具有重要的理论意义和应用价值。     

地铁区间重叠隧道近接施工数值分析

城市隧道建设中,由交叉重叠的隧道施工引起对周围环境的多次干扰通常是不可避免的,这将对地面结构和既有地下工程产生负面影响。如何控制盾构隧道施工引起的沉降和隧道变形,确保隧道及邻近建筑物的安全,是设计和施工过程中必须考虑的问题。对此,依托某地铁隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D模拟先下洞后上洞的开挖施工条件,计算上下洞盾构掘进引起的地表沉降、既有隧道连续墙侧移和下洞隧道断面收敛,分析总结了重叠隧道下穿既有隧道引起周围环境变形的规律。     

南宁半成岩地层明暗挖地铁车站关键技术及数值分析

为解决半成岩地层明暗挖地铁车站施工中存在的问题,结合南宁地铁3 号线青秀山站,采用数值模拟分析与现场监测相结合的方法,对半成岩地层明暗挖结合地铁车站修建过程中遇到的关键问题进行分析,并提出解决问题的具体方法。研究结果表明:1)在富水半成岩地层中修建隧道可采用群井降水的方法对地层进行加固,降水后围岩黏聚力大幅度增大,有利于隧道开挖; 2)站台层隧道群开挖时应合理安排施工工序,横通道在距离正线隧道开挖面大于1 倍隧道洞径后方可开挖,斜扶梯通道宜在横通道二次衬砌完成后开挖; 3)群洞隧道三岔口部位应根据工程条件予以加强设计,尤其是在隧道纵向上; 4)在一定条件下,明挖站厅层在站台层暗挖隧道群之前施工是可行的。     

砂卵石地层中复合式土压平衡盾构掘进参数及地层变形规律研究

依托兰州城市轨道交通1号线某区间试验段工程,对砂卵石地层中双洞地铁隧道盾构选型和地层变形进行研究。引入盾构扭矩和推力的数学计算模型,计算结果应用于现场工程施工和有限元三维数值模拟中,分析了双洞隧道先后施工时,地层沉降槽的范围、特征、变化规律以及开挖引起的横向和纵向水平方向上地层位移影响范围和影响规律。结果表明： 1）越接近地表,隧道先后开挖对沉降槽的扰动效应越弱; 2）由两隧道同向先后施工引起的地层最终沉降槽非对称特征明显; 3）水平向地层的扰动效应叠加,地层易出现剪切变形,需采取必要防护措施; 4）现场监测结果与数值模拟结果基本一致,证明所采取的施工工法合理,施工沉降总体控制效果良好。     

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征,确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性,以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托,采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法,研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明： 昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主;拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%,超前影响范围为1.3D;隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响;隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X);隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X);隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。     

分离式车站洞桩法施工地层变形规律分析

以北京地铁国贸站为工程背景,采用现场实测方法,研究分析了大跨度分离式地铁车站采用洞桩法施工,引起周围地层沉降变形以及拱顶沉降与地表变形的主要规律和影响因素。认为地层纵向沉降明显分为前期沉降、急剧沉降、沉降收敛区,而急剧沉降区分为导洞施工、扣拱、下部开挖3个阶段;横向沉降符合Peck曲线,影响范围为3～4倍洞径。拱顶沉降主要发生在扣拱以及下部土体开挖阶段,与地表变形相对应,如果扣拱施工、下部土体开挖、钢支撑支护比较及时,施工工艺合理,可有效防止土体持续松弛变形。     

砂卵石地层地下水对盾构隧道影响的离散元流固耦合分析

为探明砂卵石地层中地下水对盾构隧道衬砌上的土压力以及地层变形的影响,以成都地铁2号线为依托,采用颗粒流方法,从细观角度模拟分析地下水对盾构隧道衬砌荷载分布以及地层扰动的规律,研究盾构隧道动态施工过程中及后期稳定后的水、土压力分布。研究表明： 考虑地下水工况时的衬砌荷载小于不考虑地下水的工况,开挖后地下水位越高,衬砌荷载越小;地下水分布影响隧道开挖后洞周应力重分布,拱顶处受到的影响最大,拱肩处受到的影响最小;盾构隧道开挖后,拱顶上方存在一定范围的松动区,在松动区上方一定范围形成坍落拱,起到承载作用,同时将上方土荷载有效地传递到洞周两侧。考虑地下水时,由于有效应力减小,地层变形相应减小,地层受盾构施工扰动的影响减弱。     

淤泥地层暗挖矩形隧道密贴雨水箱涵施工关键技术

为解决富水淤泥质地层和粉质黏土层中大跨径矩形暗挖隧道密贴下穿雨水箱涵施工难题,提出采用水平旋喷桩和全断面帷幕注浆结合的技术加固隧道及周边土层,以提高地层刚度。隧道采用分步开挖法,分上下、左中右6步开挖,超前支护采用小导管注浆方案,并分段进行临时支撑拆除和二次衬砌施工,施工过程中对隧道和箱涵变形进行监测。结果表明: 通过水平旋喷桩和全断面帷幕注浆加固改良土体,施工过程中的箱涵变形在可控范围内,且整个施工过程中隧道初期支护结构变形较小（6.8 mm）,说明施工采用的超前加固和开挖支护措施是安全可靠的,可以有效降低类似地质条件下暗挖隧道的施工风险,对类似工程有一定的借鉴意义。     

浅埋暗挖隧道扣拱施工影响效应分析

在浅埋暗挖隧道扣拱开挖支护施工中,易产生应力集中、塑性区域叠加、地层反复扰动、力学转换复杂、不平衡推力等现象,影响拱部初期支护稳定性,易引起边跨混凝土开裂,出现渗漏水。介绍浅埋暗挖隧道扣拱施工工序及施工要点,通过对地层应力、变位的监控量测,分析力学特性、变形规律,并对各工序的影响效应进行分析。研究表明： 1）应力变化具有明显的空间效应,随着施工工序的变化,应力也相应变化,拱肩变化最为明显,拱顶变化较小; 2）不同工序的施工引起的变形不同,初期支护拱架割除产生1~2 mm下沉量,占总下沉量的30%; 3）确定了初期支护割除对拱顶下沉的影响范围为掌子面前方、后方,纵向距离为6 m,约等于2倍洞径。     

引水洞爆破施工对既有隧道衬砌的影响分析

某铁路隧道建成运营后,受溶洞区域水压大的影响,岩溶核心段出现衬砌渗漏水现象。为了解决衬砌渗漏水问题,通过在正洞顶部施作引水洞,截取岩溶水,减小作用在隧道衬砌周围的荷载。本文结合某铁路隧道引水洞爆破施工,通过从爆破震动、结构变形等动态监控和土压力、型钢应力、混凝土应变等静态监控,分析引水洞施工期间正洞衬砌结构受力和变形情况,得出爆破震动速度和结构受力都控制在允许标准以内,并且隧道结构变形很小、结构受力相对稳定,说明引水洞施工对正洞衬砌结构影响小,保证了运营线的安全。     

家竹箐隧道煤系地层段病害特征及成因分析

家竹箐隧道自1997年建成运营以来,分别于2003年和2013年在煤系地层段发现有衬砌开裂、剥落、掉块、渗水等病害。对病害原因进行调查、分析,主要结论及建议如下:1)隧道的2次病害均发生在大变形处理与非处理的过渡段,病害以衬砌裂损为主;2)隧道区地应力是持续发展、聚集、提高的,既有大变形段的小里程端是地应力的主要聚集、作用区;3)区域构造产生的地应力作用是造成隧道病害的主要原因,围岩软弱、结构偏弱是次要原因;4)预计构造运动造成该隧道煤系地层段地应力的聚集、作用并导致病害的产生存在着6~10年的周期性;5)建议类似地质条件下软质岩高地应力大变形隧道设计及施工加强措施的地段应扩展到大变形两侧一定范围。     

西安地铁左右线交叠转换盾构施工变形规律研究

交叠隧道在施工过程中对周围地层存在反复扰动,针对其力学行为和变形规律的研究十分有必要。以西安地铁临潼线左右线交叉叠落盾构隧道施工为背景,研究线路左右线隧道空间交叉转换施工下周围地层的变形规律及后施工隧道(左线)对已完成隧道(右线)的扰动情况。研究表明:隧道施工完成后,地表沉降槽整体呈条带状且沿区间走向分布;地表沉降随隧道垂直交叠程度的增加而增加,地表沉降最大值为9.79 mm,位于左右线完全垂直交叠位置处;左线隧道对先施工完成的右线隧道的影响主要表现为侧向推挤和增大地层附加应力的作用,但在垂直交叠位置扰动影响较小;施工扰动引起右线隧道最大水平位移为1.75 mm,最大沉降为1.97 mm。     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

隔水帷幕深度对苏州地铁隧道结构影响分析

随着城市地铁周边建设工程项目越来越多,研究邻近地铁的基坑施工对地铁隧道影响具有重要意义。基于苏州地铁1号线某基坑工程,采用FLAC 3D程序,分析研究在既有地铁隧道周边,基坑采用不同的隔水帷幕深度情况下,地下水渗流作用对地铁隧道的影响。数值模拟中考虑在2种不同的隔水帷幕深度时,基坑降水后隧道的位移场以及隧道管片应力。研究结果表明:1)增长隔水帷幕深度有利于控制隧道周围孔隙水压力降低,有利于减小隧道结构变形。2)随着隔水帷幕深度增加,减小了基坑降水引起隧道结构应力的降低。     

极高地应力区隧道地质特征及围岩变形机制研究

以某在建高速铁路隧道作为工程实例,结合地质情况,从初始应力、岩体结构和地下水分析了影响围岩的因素。运用理论分析和现场监控量测反馈结果等综合方法,从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性、现场围岩变形情况、隧道施工影响、变形段变形差异性等方面系统分析了极高地应力区隧道围岩变形特征及机制,并得出如下主要结论:1)极高地应力区围岩应力释放有一定的过程,不同的围岩应力释放的速度可能不同,爆破对围岩产生扰动,将一定程度加速围岩应力的释放。2)围岩地质条件不同,变形规律会表现出一定的差异性。3)围岩的变形机制,层状围岩的变形破坏一般形成几个区域:破坏区,崩塌,滑动滑移,张裂、弯曲及折断。4)本隧道围岩变形特征主要是由极高地应力和岩体结构综合决定的,隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。     

地面出入式盾构法隧道新技术

地面出入式盾构法隧道新技术省略了用于盾构始发与接收的工作井,在地面与地下连接区域用盾构掘进替代大开挖施工,具有环境影响小和建设工期短的显著优势,在中国属首次研发应用。该技术存在结构变形、接缝渗漏和轴线偏离等工程难题,以南京机场线地面与地下过渡段示范工程为背景,通过理论计算、三维仿真和模型试验等方法,重点阐述隧道变形、防水和盾构姿态控制等关键技术,并将其成功应用于示范工程,验证了GPST新技术的可行性和有效性,为推广应用提供了理论和实践支持。     

地下水位变化对盾构隧道的影响研究

为研究地下水位变化对盾构隧道结构的影响,利用有限元理论,建立了地下水位变化时盾构隧道结构的有限元模型,该模型可预测出不同地下水位时盾构隧道及地面变形情况,揭示出不同水位时的盾构隧道在土中的位移变化规律。结果表明： 地下水位发生变化会对盾构隧道产生一定的影响。地下水位上升会导致地表浅层土体发生回弹变形,并且下方有盾构隧道的地表的回弹值要比下方没有盾构隧道的地表的回弹值小;当地下水位从盾构隧道拱底处逐渐升高到中心处和拱顶处时,盾构隧道结构会出现竖向位移和边壁的侧向位移,并且水位越高,隧道的竖向位移和边壁的侧向位移越大。