三维数值模拟盾构开挖对运营高铁沉降变形的研究

以福州地铁2号线上鼓区间穿越温福高铁为背景,通过三维数值模拟研究盾构开挖对铁路路基及轨道变形展开研究分析,结果表明:盾构隧道下穿铁路路基施工引起铁路变形沉降曲线较符合正态分布曲线形式。隧道埋深越大、双隧道轴间距越大、土层加固效果越好,则铁路变形值越小;在一定范围内,随着注浆压力、注浆层弹模、注浆层厚度及盾构推力增大,铁路变形值迅速减少。穿越角度对路基沉降和轨道高低偏差影响较小,而对轨道水平偏差影响显著。上述成果可为类似工程的的设计和施工提供参考借鉴。     

超浅层顶管施工引起路基地层移动数值模拟

覆盖土层薄的超浅层顶管穿越路基施工引起管道周围土体移动会对路面结构造成破坏。结合实际工程,运用有限元模拟超浅层顶管穿越路基引起的地层移动和现场地表变形监测,研究了管道摩擦力、注浆率、顶推力、路面交通荷载等因素对覆盖土层变形的影响。研究表明：地层移动是先隆起后沉降,覆盖土层下部的移动速度比表层的大;地表变形的有限元计算结果和现场实测数据基本吻合;超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动,横断面地表沉降变形在工具管纵向通过2倍顶管外径后基本趋于稳定,横向地表沉降沿侧向分布近似为正态分布,主要影响范围在顶管轴线左右两侧各1.5倍顶管外径的范围内;变形要求严格的地面下进行超浅层顶管施工,可以通过有限元分析对周围环境影响程度的评价。     

土压平衡顶管下穿铁路的施工控制

为研究下穿铁路的顶管施工对路基沉降的影响,以昆武高速地面排水下穿云冶铁路工程为例,采用有限元模拟法,以不同覆土厚度的9.0 m×4.4 m截面为施工管廊截面,并在开挖时与开挖停止2种工况下对土层变化进行分析。结果表明:12 m覆土厚度满足顶管土层沉降要求;顶管过程中,顶管机前方0～16 m及3倍管径范围内的土层需进行加固处理;推进停止时,附加推力、摩擦力对土层水平位移起决定作用。研究结论可为铁路的安全运营提供理论依据。     

热力管线盾构隧道下穿铁路区地表沉降影响研究

盾构隧道下穿既有铁路掘进施工会引起地基变形及轨道不均匀沉降问题,影响隧道施工和铁路安全运营。为研究盾构隧道掘进过程中对地表变形的影响,依托热力管线下穿京铁路线工程开展研究,采用离心机试验模拟了盾构隧道施工过程中对地表变形的影响。研究结果表明,盾构施工对路基的影响主要集中于25 m范围内,超出该范围的影响可忽略不计;盾构施工过程中,下穿铁路前,路基沉降占整个施工过程引起沉降变形的36%左右,下穿后约占64%;以盾构下穿铁路铁线15 m为界,15 m之前,掘进方向左侧路基沉降大于右侧;15 m之后,掘进方向右侧路基变形大于左侧。研究可为相关工程提供科学依据。     

顶管穿越路堤实测地基变形和扰动程度分析

 顶管穿越已固结完成的高速公路地基,将引起土体扰动和土层损失,使路堤产生纵、横向不均匀沉降。分析表明,在顶管施工及降水过程中可采用路堤纵、横坡改变量不大于0.5%的指标对由不均匀沉降引起路堤稳定性进行动态控制和预警,有效防止路面裂缝的发生。现场试验和实测规律表明,顶管穿越过程中扰动区的沉降具有瞬时性和超前性,对于砂土地基,扰动区范围要大于按软土计算的理论值,扰动区主要发生在管壁外1 m范围内,并以此向四周扩散。顶管轴线以上土层扰动后强度降低,压缩系数改变量超过50%,孔隙比改变量可达35%,塑性指数有不同程度减小,土体发生扰动再固结,是引起地表沉降的内因;轴线以下土体主要以压密为主。顶管在穿越砂土地层的路堤时,在两侧沉井及顶管的施工过程中应重视施工降水对高速公路路堤的影响。     

南京地铁3号线盾构穿越沪宁城际铁路保护技术研究

盾构穿越既有高速铁路,会造成轨道的不均匀沉降,引起轨道变形,影响正常运营。文章依托南京轨道交通三号线南京站~新庄站区间隧道施工,通过现场实测与数值模拟研究南京轨道三号线盾构穿越施工对沪宁城际铁路的影响规律。研究结果表明:地表沉降量随注浆体弹性模量的增大而减小,适当增加注浆弹模有利于地表沉降的减小;注浆压力对地表变形有着显著影响,在实际施工中应根据地层阻力等因素选择合理的注浆压力,一般取值为0.3MPa~0.5MPa。南京地铁三号线盾构穿越沪宁城际铁路段注浆压力宜为0.35MPa。研究结果对控制盾构穿越施工引起的地表沉降有重要意义。     

地铁盾构隧道穿越既有铁路影响分析

地铁盾构隧道穿越既有铁路路基工程中会引起路基的沉降,使得轨道结构产生额外的不平顺.利用Plaxis三维有限元软件模拟盾构掘进引起的路基沉降曲线,并进一步分析了在该沉降曲线下铁路行车安全性及舒适性.结果表明,盾构掘进引起的路基沉降小于6mm,最大高低不平顺和水平不平顺分别为0.19mm和0.20mm,行车时造成的第一轮对脱轨系数为0.47、第一轮对轮重减载率为0.34,横向加速度为0.36m/s2,竖向加速度为0.32m/s2,故建议施工期间对铁路实行限速运营.     

顶管施工三维数值模拟及土质适用性研究

为了研究大直径顶管在不同土质中施工的适用性,结合广州市某引水工程,对外径2.8m、壁厚0.028m的顶管隧道施工进行了三维数值模拟。通过模拟结果与Peck经验公式对比,验证了所建模型能够反应顶管施工造成地层扰动的基本规律,并得出地表沉降横向和纵向的受影响范围分别为-3.6~3.6D和-2.14~2.14D(D为外径)。基于以上模型,改变顶管穿越土层的土性参数,得出了不同砂性土的模量及摩擦角、粘性土的模量及粘聚力、顶管穿越复杂土层情况下地表沉降的变形规律,并对顶管隧道不同土质条件下的适用性进行了初步讨论。     

软土地区施工沉降质量管理分析研究

介绍了沪通铁路与既有京沪线同孔下穿G1501绕城高速的施工方案,简述了影响此段路基施工安全的主要因素,并针对其施工特点,提出了路基沉降的质量管理措施,确保了既有线的安全运营。     

盾构穿越既有线铁路变形控制技术

武汉某地铁区间隧道施工过程中须穿越既有线铁路路基及铁路站场,在土压平衡盾构的施工中,既有线铁路轨道沉降及位移难以控制,盾构穿越既有线时若保护措施不到位,极易导致轨道沉降、变形、脱轨等风险,造成既有线停运。针对盾构在该地区该地层穿越既有线铁路的掘进参数、沉降控制观测资料进行分析,总结在该地层城市轨道交通盾构法施工条件下既有线铁路位移及变形规律,提出对土仓压力、掘进速度、总推力、出渣量、刀盘转速和扭矩、注浆压力和注浆量、渣土改良效果7个管理指标进行掘进控制管理,有效地控制地表沉降,保证既有线铁路地安全运行,为盾构掘进过程中穿越既有线铁路施工积累了宝贵的经验。     

大直径顶管穿越磁浮线路变形影响实例分析

随着经济的发展,磁浮线路保护区范围内施工活动日益频繁。受各项施工活动影响,磁浮结构设施发生变形,甚至影响到磁浮列车运营安全。通过对某DN4000顶管近距离穿越磁浮线路监测数据进行分析,并提出若干结论及建议。由于穿越前对磁浮墩柱范围内顶管两侧土体进行了注浆加固且顶管埋深较磁浮支墩桩基础埋深浅,磁浮支墩变形较小;裸露于地表的磁浮电缆沟未采取注浆加固保护措施,顶管穿越电缆沟后电缆沟急速下沉且沉降趋势长时间未见收敛。磁浮高架变形的稳定可控是磁浮安全运营的重要保障之一,无稳定基础的磁浮电缆沟受施工影响明显。     

交通干道旁侧沉井施工面临的问题及解决措施

扬州第一水厂扩建工程中需铺设一根DN2 000的浑水管道,在穿越京杭大运河时采用顶管施工存在如下问题:在繁忙的城市交通干道旁侧进行沉井施工,沉井外侧距路牙只有12.1m,其间埋有很多管线,施工不能影响路床和管线的安全;沉井下沉系数偏小,下沉困难;在非排水下沉过程中井外侧出现塌方;当沉井进入粘土层时,土层夹有铁锰质结核,取土非常困难。介绍了针对上述问题所采取的相应措施,确保了路床和管线的安全,也保证了沉井施工的安全。     

铁路路基沉降观测元件埋设、监测施工关键技术

介绍武黄城际铁路路基沉降观测、观测流程、元件埋设、监测测量等关键施工技术,在施工中应进行沉降变形动态监测,根据变形监控数据,分析、推算出最终沉降和工后沉降,以指导路基本体施工和合理确定无砟轨道开始铺设时间,以确保无砟轨道结构铺设质量。     

盾构掘进参数对铁路路基沉降变形的影响

依托某地铁区间下穿铁路路基工程,采用数值模拟计算方法,研究包括注浆压力、注浆层弹性模量、注浆层厚度和盾构推力在内的盾构掘进参数对铁路路基沉降变形的影响。通过对各影响因素进行正交试验设计和极差分析,得出各因素的影响程度。研究结果表明,不同掘进参数引起的路基沉降曲线近似呈正态分布,距被穿越中心线越近沉降越大,反之沉降越小;在一定范围内,随着注浆压力、注浆层弹性模量、注浆层厚度及盾构推力的增大,路基沉降减小;各掘进参数对路基沉降变形的影响重要性程度排序为注浆层厚度、注浆压力、盾构推力、注浆层弹性模量。     

天然气管涵顶管下穿对高速公路的影响研究

楚雄-攀枝花天然气管道穿越G5京昆高速时,下穿涵洞采用顶管法施工。为研究天然气管涵顶管下穿对该高速公路安全的影响,在顶管施工对地表土体扰动机理分析的基础上,通过数值仿真,分析了顶管下穿施工引起操作坑和接收坑、顶管结构、管涵围岩以及高速公路路基路面的变形规律和受力特征。结果表明,高速公路处于顶管施工的卸荷扰动区;顶管施工结束后,高速公路路基路面变形较小,满足变形控制要求;操作坑和接收坑、顶管等结构主应力值均小于钢筋混凝土设计强度标准值;在现有顶管施工设计参数下,若合理施工、及时监测、管理到位,则顶管下穿基本不会影响到京昆高速公路的正常运营。研究成果对于下穿顶管的安全施工和京昆高速公路的正常运营具有重要的意义。     

软土地区盾构下穿既有铁路安全性分析

以杭州地区某盾构隧道区间下穿既有铁路为工程背景,通过三维有限元模拟,对盾构施工造成的铁路路基沉降进行了分析,计算结果表明,对土层采取合理加固,可以大幅度控制地层变形,保证既有铁路运营安全不受影响。     

富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术研究

受富水砂层条件的影响,顶管施工不可避免会引起周围地表沉降和土体扰动变化,且双排管间距较小,施工过程双管之间土层稳定性差,其施工效果将影响管道上方道路及下方地铁线路的正常运营。因此,提出一种富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术,采用触变泥浆+软塑性黄泥组合成一种适合于砂层地质条件下顶管施工的护壁材料,有效控制沉降,减小摩阻力,降低对顶管上方道路及下方地铁线路的影响;针对双排管间土体进行注浆加固,保证后续顶管施工的安全;通过洞口加固措施,保证进出洞施工的安全,确保项目安全稳定有效推进。     

琅岐环岛路二期地下综合管廊工程设计分析

结合福州市琅岐环岛路二期地下综合管廊工程,阐述了综合管廊的设计要点,详细介绍了管廊的工艺设计、结构设计及施工方法,并阐述若干设计体会:一是对于软土地基上建设综合管廊,建议管廊结构基底与道路路基处理形式尽量一致;二是利用顶管穿越河道,应足够重视顶管节段之间以及顶管与沉井之间的防水设计;三是设计软土路基上的综合管廊应考虑路基施工对综合管廊的影响。     

地铁隧道下穿铁路桥施工变形分析及处理措施

地铁隧道下穿铁路桥的关键是控制土层和结构的变形,针对某市轨道交通1号线新建地铁工程对运营铁路桥的影响进行分析,通过有限元程序对土层与结构的变形进行了数值仿真计算,评价了隧道衬砌结构的沉降变形以及隧道施工对铁路桥、公路路面与轨道结构的影响,提出了地铁隧道穿越铁路桥过程中潜在的风险,为新建地铁区间隧道施工过程对铁路桥影响进行预测评估提供依据,并提出了相应的工程处理措施。实测表明,施工过程中的各项监测数值均在安全范围之内,采取的措施有效保证了地铁隧道安全顺利穿过运营铁路桥。     

轨道交通斜穿既有铁路对路基沉降影响分析

研究轨道交通斜穿既有铁路的铁路路基沉降影响分析,对城市轨道交通的安全建设具有现实意义。文章基于有限元差分原理,建立轨道交通斜穿既有铁路模型,对轨道交通下穿既有铁路对铁路路基的轨道沉降、差异沉降进行研究。研究结果表明:重庆市轨道交通4号线民安大道站—重庆北站路站暗挖区间对下穿段沪蓉铁路路基最大沉降值为1.1 mm;暗挖区间与沪蓉铁路路基上行、下行线交叉处的路基沉降逐渐增大,待暗挖区间二次衬砌结构变形稳定后,交叉点处的路基沉降最大值为1.10 mm,最小值为1.07mm;沪蓉铁路下行线路基沉降最大值为1.1 mm,上行线路基沉降最大值为1.08 mm。