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。     

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。     

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。     

富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道地表沉降因素分析

本文以广州轨道交通十四号线一期工程为背景,进行富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道地表沉降因素分析。利用限元软件MidasNX建立盾构隧道开挖三维有限元模型,模型中综合考虑土体分层、土体的非线性、盾构的顶推力、盾构管片、盾构壁厚等因素,对盾构隧道开挖过程进行了数值模拟,研究盾构隧道施工对地表变形的影响,并对不同覆土厚度、注浆压力、注浆层厚度、掘进压力等主要施工因素进行了模拟分析,探讨了在富水超厚砂卵石层浅埋泥水盾构隧道中,以上因素与地表沉降变形关联的规律和原因,旨在起到优化设计、指导施工的作用。     

超大直径盾构隧道穿越桥梁桩基影响研究

以深圳春风隧道超大直径盾构掘进穿越春风高架桥桩基项目为背景,通过三维数值模拟分析,研究了盾构掘进参数及地基加固措施对桥梁桩基位移及受力的影响。结果表明,掘进参数(如掘进工作面推力和注浆压力)的改变会对桥梁桩基变形与受力产生不同程度的影响,同时桩基加固能有效减小地表和桩基的沉降与弯矩,但会增大桩基轴力。     

盾构隧道侧穿保护建筑的影响分析

结合某市地铁双线盾构隧道侧穿某大学工程馆施工实际,采用有限元方法分析研究了富水砂层中不同地下水的流失程度及掘进参数对地表沉降和建筑物变形的影响。结果表明:地下水的流失会加大盾构掘进过程中的影响范围和大小。掌子面压力和注浆压力对地层沉降有一定的影响,但地层的沉降对注浆压力的敏感性更大。盾构隧道引起的最大沉降在5~7mm以内,满足建筑物变形控制要求。     

考虑地表沉降的盾构隧道掘进参数优化研究

盾构掘进过程中,掘进参数的控制是影响地表沉降的重要因素。基于盾构掘进对围岩的扰动机理,分析了正面附加推力、刀盘摩擦、盾壳摩擦和盾尾间隙造成的地表沉降,在此基础上,以地表沉降为评价指标,以千斤顶推力、刀盘转速和土舱压力等掘进参数为控制变量,建立最优控制问题进行掘进参数的优化,并运用于盾构隧道下穿既有铁路的施工中,验证了掘进参数优化方法的有效性。     

近距离平行盾构施工数值模拟及影响因素分析

以某地铁项目为例,通过数值模拟,研究新建隧道近距离平行施工对既有隧道产生的影响,考虑了"先左孔后右孔"和"先右孔后左孔"两种施工工序,重点分析盾构施工中地层损失率、盾构顶推力和注浆情况的影响规律。结果表明,"先左孔后右孔"施工工序对地层位移和已建隧道管片的应力、应变影响较小,地层损失率越小,地表沉降量越小,产生的地表最大沉降量越小,地表沉降坡度越缓;盾构顶推力越大,地表沉降量越大,当掘进深度达到一定值后,地表沉降量逐渐减小,直至趋于稳定;注浆材料弹性模量越大,地表沉降量越小。     

盾构施工参数相关性及对地表沉降影响的研究

以青岛地铁1号线薛瓦区间盾构隧道工程为背景,在极复杂地层开展盾构现场掘进实验,利用"青岛地铁安全风险管理体系"及"青岛地铁盾构施工管理信息系统"收集盾构关键施工参数及地表横向和纵向沉降监测值。通过对盾构关键施工参数的处理以及相关性的分析,表明在土层较硬地段应适当降低土仓压力以达到降低推力的目的;分析了在富水复杂地层盾构正常施工情况下掘进参数的波动对地表沉降的影响规律,研究发现盾构推进速度和推力是影响地表沉降的主要因素,对在极复杂地层中盾构掘进参数引起变形的精细化控制提供一定的借鉴意义。     

富水砂层条件下盾构穿越铁路及CFG桩群的施工技术

盾构下穿铁路过程中需要严格控制地表变形,当铁路下方存在桩基时,更需要控制盾构的推力、掘进速度、扭矩、土压力、同步注浆量等施工参数确保穿越施工的安全性。笔者研究了盾构在富水砂层中下穿铁路及CFG桩群的施工技术,通过实施刀盘加固、控制施工参数和渣土改良技术,成功保证了盾构下穿铁路的施工安全。     

大盾构隧道施工对周边敏感性建筑物的影响研究

依托南京地铁十号线TA03标大直径盾构隧道工程,通过数值模拟研究与工程实测在大直径盾构推进过程中施工参数的改变对周边敏感性建筑物的影响规律。研究结果表明:建筑物的沉降量随注浆浆体弹性模量的增大而减小,适当加大浆体的弹性模量有利于建筑物的保护;注浆压力在一定范围内的变化会对周边敏感性建筑物产生较大影响,当注浆压力超出一定额度时,建筑物的竖向位移以及差异沉降量趋于稳定,不会再随着注浆压力的增大而变化;盾构机推进力对盾构机后方建筑物的沉降影响甚微,当盾构机临近时,盾构机前方建筑物竖向位移量会随着推力的增大而减小,但变化幅度不明显。研究结果对控制因盾构隧道施工引起的周边敏感性建筑物沉降有重要意义。     

富水圆砾地层土压平衡盾构掘进参数优化研究

如今盾构法施工在地铁建设中已得到广泛应用,砂卵石、软土等地层的盾构施工技术日趋成熟,而富水圆砾地层的盾构施工技术研究较匮乏。本文依托南宁轨道交通2号线三十三中~苏卢站盾构掘进区间,对富水圆砾地层段和圆砾泥岩复合地层段土压平衡盾构掘进参数进行对比分析,并对圆砾地层土仓压力取值范围的计算方法进行讨论。研究结果表明,圆砾地层掘进参数波动幅度较小,其中,盾构推力、刀盘扭矩、注浆压力三者存在相似的变化趋势,土仓压力则有所增长。复合地层中掘进参数中盾构推力、刀盘扭矩、注浆压力波动幅度更明显,但土仓压力基本保持稳定。采用Terzaghi松动土压力或静止土压力计算值作为圆砾地层土仓压力取值上限更为合理。三苏区间采用的掘进参数对地表沉降基本控制在5mm以内,对圆砾地层盾构施工具有借鉴意义。     

盾构隧道侧穿高铁桥桩影响分析及控制措施

高速铁路桥桩较普通铁路或公路桥桩而言,对沉降和变形的要求更为严格。盾构隧道侧穿高速铁路桥桩基础时,必然会对桥桩的变形、位移及承载力产生一定影响,因此,需采取针对性的保护措施确保桩基础的安全和正常使用。论文以具体工程为例,针对高速铁路桥桩的沉降控制要求,研究确定了盾构掘进过程中对桥桩的保护措施,包括掘进速度、注浆材料、注浆压力、二次注浆时机等。对类似盾构穿越高速桥桩基的工程具有一定的参考价值。     

软土地层盾构隧道施工引起的地面隆陷研究

 基于Mindlin解,经数值积分求得盾构掘进时切口附加推力、盾壳对周围土体的摩擦力及同步注浆附加压力引起的地面竖向位移,并以杭州庆春路过江隧道盾构施工引起的地面实测位移对其进行验证。分析结果表明,基于Mindlin解求得的切口附加推力、盾壳摩擦力及同步注浆附加压力引起的地面位移,与地层损失沉降叠加,可用来预测盾构掘进引起的纵向地面隆陷;盾尾同步注浆所致横断面地面隆起符合高斯分布,考虑注浆所致地面隆起后的修正Peck公式,可预测盾构掘进所致地面隆起,并提高地面沉降参数反分析的精度。     

软土区双线盾构施工引起的土体变形及孔压研究

以杭州地铁2号线某盾构区间工程为背景,推导饱和软土双线盾构掘进引起的土体变形及孔压理论解,结合实际工程参数分析土体及超孔压变化规律;控制切口附加推力、盾壳摩擦力和盾尾注浆压力的取值,研究不同施工参数对土体竖向变形的影响。结果表明:盾构接近研究断面时,施工参数对土体变形的影响较大;当双线盾构推进通过研究断面一定距离后,其施工引起的横向地表位移变化和切口附加推力作用下的超孔压变化趋于稳定;盾壳摩擦力对孔压的影响范围主要集中在盾构穿越一半长度内;当双线盾构远离研究断面后,盾尾注浆作用产生的超孔压力趋近于0;研究结果可为杭州软土区类似盾构工程提供指导建议。     

粉质地层条件下盾构隧道下穿河道施工技术

对粉质地层条件下地铁盾构隧道施工过程中影响河道安全因素进行了分析,通过综合评判盾构掘进过程中的土仓压力、注浆参数、注浆量及注浆压力控制、盾构姿态控制等多个指标,确定了合理的盾构掘进参数及有效的隧道上浮控制措施,确保了盾构隧道的安全施工。     

潮汐水位变化对临海盾构隧道变形影响分析

临海地区盾构隧道变形特性在施工过程中受到潮汐水位变化的影响越来越受到工程界的重视。通过对福州地铁6号线1标潘墩站—林浦站临海盾构区间水位变化、管片沉降等内容的系统性监测,结合闽江潮汐水位变化分析了水位和沉降之间的对应关系。利用有限元软件建立了考虑水位变化的盾构隧道沉降分析模型,结合数值模拟结果和现场实测数据,重点分析了盾构隧道变形机理和特性。在此基础上,系统研究了水位变化、注浆体弹性模量和厚度等因素对盾构隧道上浮量的影响。研究表明:与潮汐水位变化相比,盾构线路周围水位变化具有一定的滞后性;盾构隧道上浮值呈周期性变化,且与水位变化对应;水位变化对隧道上浮值波动幅度影响较大;随着注浆体弹性模量和厚度的增大,盾构隧道上浮值降低。     

盾构下穿高速铁路高架桥沉降变形控制技术

以北京某地铁盾构区间下穿京沪高铁工程为背景,采用ANSYS建立三维地层结构模型,分别对盾构施工时不采取防护方案和采取防护方案两种情况进行沉降变形分析。并在下穿前进行4个试验段掘进,通过分析掘进参数和地面沉降,确定盾构下穿施工参数。最后在下穿施工过程中对桥梁墩台沉降和隔离桩水平变形规律进行监测分析。综合得出:1采用隔离桩防护方案,盾构下穿施工引起的变形量1mm,满足设计要求;2通过试验确定上土仓压力、出土量、浆液配合比、注浆量及注浆压力等施工参数能够有效控制地表沉降;3在盾构施工阶段,桥梁墩台最大沉降值为0.8mm,施工结束后变形均趋于稳定;盾构施工时隔离桩朝隧道方向变形,在隧道埋深处变形较大,最大水平位移为3.15mm。     

粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究

兰州地铁1号线迎门滩站—马滩站区间隧道采用泥水盾构穿越黄河粗粒径砂卵石地层,是中国下穿黄河的首条地铁盾构隧道。总结兰州地铁1号线泥水盾构下穿黄河的经验,以及高水压粗粒径砂卵石地层盾构机选型、盾构掘进参数设定、穿越黄河风险控制等方面的经验,对泥水盾构在粗粒径砂卵石地层下穿黄河的风险控制和国产盾构机的发展具有重要价值。研究结果表明:泥水盾构下穿黄河掘进参数对风险控制十分重要,盾构推力、泥水压力、注浆压力与水压力密切相关;深层沉降实测表明泥水盾构掘进对地层变形控制效果好,盾构顶部仅约0.5D范围为轻微扰动区;掘进以平衡水压力为主,采用Terzaghi塌落拱理论计算的泥水压力值更接近实际。     

双线盾构隧道施工沉降影响规律研究

以某地铁盾构项目为依托,基于正交试验设计方法针对三种不同影响因素(注浆量、掘进推力、注浆压力)制定三因素四水平正交试验方案,并利用有限差分方法研究不同施工方案条件下地面沉降规律,然后通过极差分析和方差分析方法获得了三因素组合的最优方案,最后通过非线性拟合方法构建了盾构掘进施工的地面沉降预测公式。结果表明：单线隧道掘进过程中,开挖面上端的土体发生沉降,开挖面下端的土体会发生隆起;单线隧道开挖完成时,隧道处地面沉降最大,向两侧随着距隧道距离的增大,地面沉降逐渐变小;右线隧道开始施工时,对已完成的左线隧道周围的土体再次产生扰动,增加了左线隧道的地面沉降;当双线隧道都开挖完成时,地面沉降在两隧道中心线处沉降最大,向左右两侧沉降逐渐减小;三种因素对地面沉降影响大小的顺序为掘进推力、注浆量、注浆压力。