超大直径盾构下穿高铁路基的沉降数值分析

为探究超大直径盾构隧道下穿城际铁路路基沉降规律,以中国武汉两湖隧道工程为例,基于Plaxis有限元软件,建立了铁路路基-土体-隧道的三维精细化数值模型,探讨盾构掘进过程中地层损失率、开挖面支护压力、盾尾注浆压力对隧道上方城际铁路路基沉降的影响．结果显示,盾构下穿复合地层的过程中,高铁路基道砟层表面在盾构掘进方向上会发生不同程度的沉降;当盾构掘进引起的地层损失率从1.0%增加到1.6%时,铁路路基的最大沉降从18.86 mm增加到22.71 mm,增大了20.4%;当开挖面支护力处于隧道拱顶侧向静止土压力的0.7～1.4倍时,不同工况下盾构掘进引起的铁路路基变形差异较小（小于0.67 mm）;注浆压力对铁路路基的沉降影响明显,随着注浆压力增大,铁路路基的沉降明显减小．当隧道拱顶注浆压力增大到拱顶侧向静止土压力的3倍（648 kPa）或以上时,沿铁路路基的最大差异沉降未超过规范要求（≤5 mm/10 m）．研究结果可为超大直径盾构下穿高铁路基时掘进参数的设置提供参考．     

盾构下穿合肥高铁南站对路基的影响分析

本文以合肥市轨道交通1号、5号线下穿合肥高铁南站为依托,采用MIDAS/GTS有限元软件对盾构隧道施工过程模拟,分析了桩基群上部铁路路基沉降变化。通过模拟可知,既有桩基群能有效控制盾构施工过程中路基的沉降。先开挖的隧道引起的高铁路基沉降值大于后开挖的隧道引起的高铁路基沉降值,且在全线贯通时先开挖隧道引起的路基沉降与后开挖隧道引起的沉降产生明显的叠加。     

一侧有建筑物时盾构引起地表沉降的数值分析

本文利用有限元程序 Midas/GTS,综合考虑土体非线性、土体与盾构作用、注浆压力、千斤顶推力、密封舱土压力等要素,建立了隧道-土-桩基-建筑物三维非线性有限元模型,研究地表一侧存在建筑物时及盾构施工参数对地表沉降的影响。通过三维仿真数值模拟得出以下结论：地表存在建筑物时,地表沉降最大值比无建筑物时要小,且最大沉降值背离建筑物方向,偏离盾构中心轴线;盾构支护压力越接近侧向静止水土压力地表沉降越小,合理的控制盾构施工参数（注浆压力、盾构机千斤顶推力）可以有效减小地表沉降。     

盾构施工对临近桩基影响的数值模拟及参数分析

采用数值模拟软件对盾构隧道施工近距离下穿桩基进行三维仿真模拟,研究双线盾构动态掘进时桩基位移的变化.数值模拟实现了盾构施工时的步步掘进,考虑了土仓压力、注浆压力、盾构与土体摩擦力等施工参数的影响;利用PLAXIS 3D的固结计算,考虑盾构机自重对土体的固结作用引起的地层沉降,并由此考虑开挖速度对桩基位移的影响.计算结果...     

软黏土中盾构掘进地层变形与掘进参数关系

宁波地铁某区间单线隧道穿越地层主要为淤泥质黏土层,上覆地层主要为砂质粉土和淤泥质土.针对2类典型的上覆地层中土压平衡盾构施工,获取了相应的地表沉降监测数据,研究地表沉降与盾构施工过程的相互关系.采用经典高斯经验公式对盾构掘进引起的地表横向沉降曲线和纵向沉降发展曲线进行拟合,得到各监测断面沉降槽宽度ix及沉降槽宽度系数K.采用平移累积高斯沉降曲线对纵向沉降发展曲线进行拟合,获得盾构掘进引起的沿线地层损失率.研究盾构掘进参数取值对地层损失率的影响.结果表明,盾构推力、开挖面支护压力以及盾尾注浆率对地层损失率的影响显著.给出类似地层中各项盾构掘进参数的参考范围.     

隧道盾构施工地表沉降规律模拟研究

隧道盾构施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一.为准确预测盾构隧道施工所引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施,采用150室内模型试验和FLAC3D数值分析软件,在模型隧道纵、横向设置位移监测点,监测地面沉降随开挖过程的变化规律.结果表明:沉降量随隧道深度的增加而减小,随掘进的进行而增加;横向沉降量在隧道正上方最大,沿两侧递减,深度越小收敛越快,沉降槽越小;纵向沉降量沿隧道开挖方向沉降值逐渐减小.两种试验模拟的结果较为接近,可以保证所获得的盾构隧道施工引起的地面沉降规律的正确性.     

小半径曲线隧道盾构始发致地表沉降变形规律

小半径曲线隧道盾构始发施工引起的地表沉降变形规律复杂,其沉降和变形预测始终是个难题.文章结合常州地铁工程实际,基于数值模拟和回归分析的方法,对小半径曲线始发时的地表变形规律进行研究.研究结果表明,修正的Peck公式能很好地描述盾构小半径曲线始发时的地表变形规律,可有效预测地表沉降值.盾构初始掘进速度一般以10～15 mm/min为宜,土舱压力一般为1～1.25倍开挖面水土压力值,注浆压力不宜超过0.3～0.4MPa.采用盾构姿态调整装置,始发时段可达到精准纠偏的目的.所得结论可为盾构小半径曲线始发施工提供参考.     

盾构下穿铁路路基钢轨变形及路基沉降分析

为研究地铁盾构下穿铁路路基过程中钢轨变形与路基沉降的变化规律,分析路基深孔注浆的加固效果,基于天津地铁7号线盾构施工下穿某铁路工程,采用有限元软件Midas-NX对盾构下穿既有铁路过程进行动态模拟,分析了盾构穿越过程中有无深孔注浆时钢轨的水平与竖直变形,以及盾构施工完成后铁路路基竖向位移的分布规律.结果表明,钢轨的横向变形经历了两次先增后减的过程,并沿轨身呈对称分布;钢轨变形在盾构两次到达铁路正下方时达到极值,沿轨身沉降槽中心随施工步骤逐渐向工程中心移动;土层经深孔注浆加固后,钢轨的横、竖向位移以及路基沉降分别减小了85.1%、76.7%和74.1%,有利于保证铁路在地铁盾构过程中的安全性.     

盾构下穿施工对既有隧道变形影响模拟研究

随着城市地下空间的不断开发利用,地铁隧道线路网不断完善,新旧隧道交错而过的现象愈发增多。近距离盾构下穿施工可能会对既有隧道造成一系列不利影响。因此,为研究近距离隧道下穿施工对既有隧道的影响,以南宁某工程为例,通过数值模拟研究了新建隧道盾构下穿施工过程对既有隧道的变形规律影响。模拟结果表明：盾构下穿隧道施工引起既有隧道的变形以沉降变形为主,扭转变形为辅;随着新建隧道的不断推进,临近既有隧道6 m范围内沉降变化率最大,此时既有隧道最为危险,风险系数最大;新建隧道盾构施工穿越既有隧道后,由于时空效应既有隧道沉降会继续发育,直至达到最大沉降值13.0 mm;穿越过程中既有隧道扭转变形量先增大后减小,最后趋于稳定。     

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

为研究盾构隧道浅埋施工过程中多种因素对地层的扰动影响,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固的对应关系分阶段、分区域赋值,实现了对施工过程的精细模拟。利用厦门地铁1.0D埋深盾构隧道工程现场监测结果对数值模型进行验证,计算并总结了浅埋开挖引起软土地层的扰动变形规律,进而研究了各施工因素对扰动效果的影响。结果表明：软土地层盾构施工过程中,以刀盘顶推作用为主的机械开挖使前方土体径向扩张,开挖空间上方土体隆起,两侧土体外移;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,且随注浆压力消散逐步加深,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象;刀盘驶过目标断面3.0D后地层变形趋于稳定。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。因此,施工参数的选取应考虑对隧道周边地层扰动程度的均衡。     

三面围合盾构隧道底板注浆对地下通道结构的影响

通过理论推导得出在三面围合状态下盾构隧道施工时,地下通道底板下注浆压力的分布规律,计算确定了合理的注浆压力,并探讨了注浆压力对地下通道结构的影响。结果表明底板注浆能抵消隧道推进引起的结构变形,甚至产生新的附加变形。当土体损失率越大时,底板注浆对地下通道结构的影响越大。     

超近距双线隧道旁穿建筑群的信息化施工风险控制

为减轻双线盾构隧道旁穿引起的建筑物沉降,采用FLAC^3D对不同施工方案的双线隧道旁穿建筑物引起的地层沉降进行数值模拟,对实施的右线隧道变线+左线钢环内支撑+双线花管注浆加固方案的施工参数进行优化,并进行相关的工程实测分析。 结果表明:原方案造成的建筑物差异沉降为26.5 mm,远超其10 mm的控制标准;采用排桩加固或右线变线后左线钢环内支撑和双线花管注浆加固方案均能使建筑物差异沉降满足要求;优化右线盾构参数可减轻对建筑物影响;施工荷载和注浆压力是后行右线影响先行左线受力状态的主要因素,采用实时监测的信息化施工是必要的。超近距离双线盾构顺利旁穿建筑物群,相关结果可为类似工程提供借鉴。     

盾构隧道同步注浆浆液压力时空分布规律

盾构隧道施工过程中同步注浆浆液压力变化对邻近管片结构内力分布有较大影响,为实现对注浆压力的精细化控制,保证盾构安全掘进,研究浆液压力的时空分布规律.在考虑浆液粘度和地层渗透系数时变性的基础上,统一了同步注浆过程中浆液填充、扩散与消散过程,得到了浆液压力沿管片环向与纵向分布的理论计算式.依托工程实例及浆液流变试验结果,建立数值模型,得到了浆液压力沿管片三维时空分布规律.研究表明:同步注浆过程中浆液固结及注浆压力的衰减对浆液压力分布影响较大.浆液粘度增大,浆液流动性与地层渗透系数逐渐减小,使浆液压力沿管片扩散及消散幅度减小,进而影响管片内力分布.考虑了浆液压力时空变化特性的计算模型使管片受力特征与现场实测结果更加接近.研究成果为精细化分析施工阶段管片受力提供了计算依据.     

不同隧道施工方法引起地层损失率的统计分析

收集国内23个地区隧道施工引起的地面最大沉降实测数据,选取符合Peck公式的数值,利用反分析的方法获得地层损失率的取值,研究隧道施工引起地层损失率的分布规律以及影响因素,结果如下. 1）土压平衡（EPB）盾构、泥水平衡盾构、浅埋暗挖法施工引起的地层损失率平均值分别为0.96%、0.48%、1.20%,分布在0%~2.0%、0%~1.0%、0%~2.5%之间的概率分别为93.46%、84.83%、92.8%,泥水平衡盾构施工引起的地层损失率分布最集中;2）土压平衡盾构和浅埋暗挖引起的地层损失率基本上随着地层条件的变好而减小,泥水平衡盾构引起的地层损失率随着地层渗透系数的变小而减小;3）隧道埋径比与地层损失率的相关性较弱;4）土压平衡盾构不同注浆率下的平均地层损失率随着注浆率的增大,呈现先减小后增大的趋势.     

盾构机盾尾注浆施工中存在的问题及其对策分析

对目前国内盾构施工中采用的盾尾注浆技术进行了总结.结合上海、广州和南京等地铁盾构隧道施工中盾尾注浆的工程经验,对盾尾注浆工艺和施工中常见问题进行了分析,提出了施工控制措施,可供类似施工参考.     

地面荷载作用盾构隧道纵向力学行为

基于弹性地基梁理论建立了地面荷载作用下的盾构隧道结构的纵向内力模型,该模型可以预测出地面集中荷载或均布荷载作用时地下盾构隧道产生的纵向附加沉降变形和内力,并且计算结果与有限元计算结果相吻合。同时对不同软土的基床系数、埋深和刚度对盾构隧道的纵向力学行为进行了分析。结果表明:在地面荷载作用下,盾构隧道的埋深、软土的基床系数对盾构隧道的力学行为影响较大。在地面荷载作用下,如果盾构隧道的埋深较小或者土层强度很弱,会导致盾构隧道产生较大的附加沉降变形和内力,甚至使结构破坏。因此在设计中应尽量避免软土层中浅埋盾构隧道情况的发生,必要时应该对软土地层土进行地基加固处理。