盾构隧道下穿高铁路基变形分析及影响因素研究

为研究地铁盾构隧道下穿高铁路基时的变形规律及其影响因素，以西安市实际工程为背景，建立三维数值模型，分析地铁盾构隧道下穿既有高铁路基时高铁路基位移、道床位移等因素的变化规律。同时，利用正交试验研究隧道开挖间距、隧道下穿角度等因素对高铁路基的影响。结果表明：盾构隧道施工完成后，路基和道床的最大竖向位移分别为9.18、7.43 mm；路基土体横向最大位移不同方向分别为0.24、-0.29 mm；道床最大位移不同方向分别为0.17、-0.13 mm。此外，竖向净距对既有高铁路基与高铁路基道床竖向变形影响最大；下穿角度对既有高铁路基道床横向变形影响最大。     

盾构隧道下穿既有城市隧道施工力学分析

针对合肥地铁1号线盾构下穿南一环下穿隧道工程存在的安全风险,运用 FLAC3D实现了隧道盾构开挖的模拟,分析了盾构推进过程中下穿隧道结构以及在建隧道应力应变分布规律。研究表明：盾构机在监测断面前后20m范围内掘进对下穿结构竖向位移和拱顶沉降影响最大,处于盾构隧道上方及中心线上的监测点沉降变形较大;下穿隧道的底板南北侧出现拉应力,拉应力最大值达到1.088MPa。开挖结束,盾构隧洞周围土体最大隆起位移为6.22mm,最大沉降为4.96mm;最终两个隧洞周围土体位移分布规律基本一致。拱顶沉降随开挖的变化规律与监测点相似。根据模拟结果提出的施工防护措施有效,沉降实测值均在预警值以下,模拟结果与实测结果规律基本一致,模拟效果较好。     

隧道下穿引起既有管道竖向位移的简化计算方法

采用两阶段法推导了考虑管道剪切效应时盾构隧道下穿施工引起既有管道竖向位移的解析解。在第1阶段采用Loganathan公式计算盾构隧道下穿管道施工引起的管道轴线处土体竖向位移,第2阶段采用考虑剪切效应的Timoshenko梁模型模拟管道,并结合叠加法对管道位移控制方程进行求解,提出了简化计算方法。通过与工程监测、既有文献结果及离心机试验数据的对比,验证了方法的准确性,并进一步分析了管–土弹性模量比、管道直径以及管道剪切刚度变化对管道变形的影响。分析结果表明：随着管–土弹性模量比、管道直径的增大,管道的竖向最大位移值减小;管道剪切刚度对管道位移存在较大影响,剪切刚度减小可导致管道最大位移值增大。     

既有地铁站盾构机吊装结构加固分析

针对合肥火车站站前广场地下结构无法满足轨道交通1号线三期工程瑶海公园站至合肥站区间盾构机接收吊装时的荷载和位移要求的难题,采用609钢管对站前广场既有地下结构进行临时加固,基于ABAQUS数值软件模拟分析了吊装过程中加固后结构受力区域的应力和位移。结果表明:加固后,结构承载力变大,变形在允许范围内,所采用的加固方案可以达到预期目标。     

有限场地条件下盾构机整体吊装技术研究

以深圳地铁9号线有限场地下的盾构整体吊装应用为背景,提出盾构机整体吊装流程,探讨了整体吊装设备的结构性能,对其结构配置、牵引力系统提出改进意见.针对在有限场地不能满足施作吊装设备基础条件的情况,分析采用均载板作为整体吊装设备基础施工的安全性,均载板最大Mises应力为24.58 MPa,最大变形为64 mm,满足强度及刚度要求.实施结果表明,所选盾构机整体吊装设备及过程能满足可行性和安全性要求,提出的整体吊装措施安全可靠,可为类似工程提供借鉴.     

盾构隧道下穿既有框架结构建筑的影响分析

以某框架结构建筑为研究对象,基于三维有限元数值模拟,探讨盾构施工对既有建筑的影响。对比分析表明,左线贯通时地表最大竖向沉降位于左线中心轴正上方土体中,双线贯通时地表最大竖向沉降为位于双线对称轴正上方土体中。既有建筑相邻柱基差异沉降最大值小于规范限值,其位于左线、右线中心轴线之外的范围内,而不在两中心轴线之间。计算结论为工程的顺利实施提供了重要依据。     

上跨拟建隧道的地下综合管廊预保护效果

针对地下综合管廊上跨拟建地铁隧道施工的情况,为了减少盾构施工对管廊的影响,在地下综合管廊施工时采取对管廊结构的预保护措施. 采用分布式光纤监测盾构施工对管廊结构的影响,并采用数值模拟手段分析不同预保护方案下盾构施工对管廊竖向位移的影响. 监测和分析结果表明：设置坑底加固联合减沉桩的预保护措施能有效控制盾构隧道施工对地下综合管廊变形的影响,预保护效果显著. 采用坑底加固可以有效减小管廊两端位移差;减沉桩的布桩方式对管廊沉降控制效果有重要影响;双线盾构隧道施工导致的管廊最大沉降发生在双线隧道之间部位,避开盾构线路在单节管廊两端和双线盾构隧洞之间部位设置减沉桩对管廊的保护效果更佳.     

施工变形对逆作法结构的影响分析

地下工程逆作法施工期间,施工不当会使立柱桩产生不均匀沉降并且造成地下结构的立柱倾斜,研究施工变形对逆作法结构的影响可为逆作法地下结构竖向支承体系设计提供理论依据。文章基于荣成市旭日公馆高层住宅基坑项目,采用规范公式和建立弹性支撑模型的方法,研究了施工变形对逆作法结构竖向承载力的影响,分析了立柱桩产生不均匀沉降时上部结构的内力变化,阐明了地基梁上最大沉降点位置、梁上最大弯矩以及剪力的变化情况。结果表明:支承柱端水平位移为150 mm时支承柱的竖向承载力减小一半,而二阶效应将会进一步削弱柱的竖向承载力;中柱产生不均匀沉降时对临柱内力及位移影响大于边柱,对结构的承载力和稳定性影响较大,当不断减小中柱沉降时最大内力位置点逐渐向梁中部转移。     

隧道盾构施工对既有桩群的影响研究

以深圳地铁九号线下穿联城变电站为例,对施工过程中盾构机穿越桩基的过程进行动态模拟。通过Midas GTS NX对单桩在施工过程中所受到的弯矩以及群桩桩基剪力随盾构开挖的变化规律进行了分析。分析结果表明,单桩变形以水平位移为主,处于隧道轴线水平切割桩基的交点附近,桩所受到的弯矩最大;群桩的桩基剪力的变化幅度随着距开挖区域的距离越远而变小,桩基受盾构施工产生的剪力方向主要为垂直盾构施工的方向。     

盾构掘进行为对盾壳-土体接触应力的影响

针对盾构掘进行为对盾壳和土体间接触应力的影响,将盾构和土体相互作用模型简化为含孔洞的弹性半空间平面应变模型,将盾构掘进作用简化为洞周径向、竖直和水平位移模式,基于复变函数理论,提出盾构掘进行为诱发的盾壳-土体附加接触应力计算方法,通过三维数值模拟进行分析与验证. 采用该方法,对相关参数进行敏感性分析. 研究表明,随着机土相对位移的增大,附加接触应力出现多个逐渐增大的应力峰值,相同量值的不同位移模式对应的附加应力峰值基本一致;在相同的掘进行为下,泊松比越小、土体弹性模量越大,极值点处的附加接触应力越大,盾壳-土体附加接触应力受埋深的影响较小. 定义盾周附加应力系数的分布函数,建立盾构机力和力矩增量平衡方程. 通过计算发现,盾构机的水平和竖向调姿荷载、偏转力矩与姿态角改变量呈正比例关系,纵向调姿荷载受姿态角改变的影响较小.