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。     

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。     

下穿施工时盾构-卵石地层-既有隧道相互作用模型试验研究

以实际工程为背景,设计了具有单一卵石层和2个既有隧道的试验模型.基于自主研发的土压平衡盾构试验平台,开展了卵石地层盾构下穿既有马蹄形隧道和矩形隧道的模型试验.在试验过程中,记录了盾构机的施工动力和排土量,同时监测了试验模型的地表沉降,以及既有隧道的应变和作用在其上的土压力.通过盾构机施工动力和排土量的变化,分析了既有隧道对盾构施工状态的影响.利用盾构下穿过程中盾构排土量的变化,解释了既有隧道周围卵石土体发生塌落破坏的原因.基于实测的地表沉降和作用在既有隧道上土压力的变化规律,揭示了盾构下穿过程中既有隧道与卵石土体的相互作用机理.     

新建盾构隧道下穿施工对既有矿山法隧道的影响

考虑时空效应的新建盾构隧道下穿既有矿山法隧道的特征计算,对相关工程风险控制研究有着重要意义.以郑州地铁1号线二期区间新建盾构隧道下穿既有出、入段线矿山法隧道为例,应用有限差分软件,对盾构施工所引起的土体沉降和既有矿山法隧道内力变化进行数值模拟分析.结果表明:新建盾构隧道施工完成后,隧道围岩产生非均匀分布的位移,既有出、入段线矿山法隧道上、下土体的最大沉降量为11.51 mm,既有矿山法隧道衬砌结构内力变化不大.     

基于FFTA的地铁盾构隧道下穿既有轨道风险评估

依托福州地铁1号线盾构隧道下穿既有轨道工程实例,建立造成轨道变形的主要风险因素的故障树模型.通过运用故障树分析方法对轨道变形的风险进行定量分析,得出轨道变形事故的发生概率及故障树底事件的重要度.并在评估底事件发生概率的模糊性上采用专家判断法结合模糊集理论的方法.该方法为地铁盾构隧道下穿既有轨道的风险控制提供参考.     

淤泥质粉质黏土地层盾构渣土免烧空心砖固化机理与质量评价

针对杭州地区淤泥质粉质黏土地层盾构渣土,使用土壤固化剂和石灰降低渣土含水率并测定其对免烧空心砖强度的影响特征,基于均匀试验思想,研究成型压力、水玻璃与石灰对免烧空心砖各项性质的影响规律.研究结果表明:使用土壤固化剂后渣土含水率初始无明显变化,使用石灰可立即降低盾构渣土含水率7%左右,掺入固化剂与石灰的免烧空心砖单轴抗压强度最高分别可提高27%和7%;免烧空心砖各项性能随着成型压力的增大提升效果显著,增大水玻璃质量分数能提高免烧空心砖的单轴抗压强度,但在一定范围内会降低其耐水性能,石灰作为激发剂对免烧空心砖性能有利,但过量的石灰对强度和耐水性能均有负面作用.最后,提出成型压力120 kN、水玻璃添加量10%～11%和石灰添加量5%～9%为质量最佳工况,制备而成的淤泥质粉质黏土地层盾构渣土免烧空心砖各指标均满足规范要求.     

盾构隧道叠置下穿地下道路的施工变形规律研究

在盾构近接工程中,既有地下道路正下方进行盾构下穿具有极大的施工风险。考虑盾构施工中隧道、土和地下道路的变形耦合作用,采用有限差分法,建立了盾构叠置下穿地下道路施工的三维数值计算模型,对盾构施工引起的周边土体位移和地下结构变形展开研究。结果表明,盾构施工主要引起了三面围合区域内部的土体位移,而在围合区域外部几乎没有土体移动,在隧道中轴线上方地下道路的顶板和底板发生较大的附加变形,三面围合下隧道衬砌环的横鸭蛋变形相比半无限空间中有所减弱。     

盾构隧道下穿既有电力隧道影响分析和控制措施

以重庆市轨道交通15号线二期工程为依托,分析盾构隧道近距离下穿既有电力隧道产生的影响,并提出相应的加固措施。运用有限元软件Midas GTS Nx建立盾构隧道与既有电力隧道三维模型,分析对电力隧道周围土体预注浆加固前后两种工况下盾构施工对电力隧道产生的影响,并将有限元模拟结果与理论计算结果进行对比验证。结果表明：在盾构隧道下穿施工前,对既有电力隧道周围土体采取预注浆加固措施,能够有效降低盾构施工对既有电力隧道产生的影响;隧道贯通后,加固工况土体沉降最大值比未加固工况降低51.9%,降幅明显;两种工况下盾构施工引起的电力隧道侧移累计值降低75.1%;土体沉降理论解和有限元模拟解基本吻合,证明了有限元模拟的合理性以及预注浆加固措施的有效性和可靠性。     

新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降分析

相比直线线路盾构施工,新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂,且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段,结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解,考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响,计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解;第2阶段,将土体竖向位移视为位移荷载,施加在既有隧道上,基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论,构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程,运用有限差分法对方程降阶并求解。最后,与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性,并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明：新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性,最大沉降位置位于弯道内侧1～2 m处,与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R₀会增加既有隧道沉降,弯道内侧沉降增速大于弯道外侧,一般要求R₀不小于300 m;当R₀大于600 m时,可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降,沉降增加速度也随D′的增大而增大,但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Z_c会减少既有隧道沉降。     

考虑剪切变形下盾构隧道引起上覆管线变形分析

近邻上覆既有管线进行盾构开挖会引起管线产生附加变形,进而会影响到既有管线的安全。这方面的理论研究,大多数将既有管线简化成Euler-Bernoulli梁搁置在Winkler和Pasternak地基模型上,未考虑管线的剪切效应及三参数Kerr地基模型对管-土相互作用的影响。基于此,提出了一种可预测管线纵向变形的解析方法。采用Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体自由竖向位移,把土体自由竖向位移附加在既有管线轴线上,将既有管线简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁,管-土相互作用采用Kerr地基模型,基于提出剪切层弯矩的计算假设,结合管线两端的边界条件获得管线在盾构隧道下穿作用下受力变形响应。工程案例研究结果表明：与既有文献存在的理论分析方法比较,该方法计算得出的理论解析结果更加贴近实测数据;与Euler-Bernoulli梁计算结果比较, Timoshenko梁给出的计算结果更具有优越性。进一步参数研究表明：随着既有管线剪切刚度的增大,管线抵抗变形的能力逐渐增大,这会导致隧道下穿引起的管线变形逐步减小,但会引起管线内力反向增大;随着地层损失率增大,既有管线受到的外力逐步增大,使得管线变形及其内力也逐渐增大;随着管线直径的逐渐增大,管线在隧道下穿作用下引起的管-土相互作用力逐渐增大,最终导致既有管线所受到的应力应变也会增大。     

盾构近距离上跨施工对既有线隧道的变形影响

针对盾构近距离上跨施工对既有线的影响预测问题,采取有限元数值计算方法,以某地铁盾构隧道小间距上跨既有线隧道施工为例,通过Midas-GTS有限元软件建三维模型,对既有线的竖向和水平变形进行分析研究.将数值计算结果与施工自动化监测结果对比,验证了数值计算分析的合理性.结果显示盾构上跨施工导致既有线发生上浮,且盾构施工对水平向的变形影响远小于竖向,受影响范围主要在盾构与既有线交叉点两侧各1倍洞径范围内.该研究为类似工程采取针对性措施提供了参考依据.     

富水粉砂地层盾构隧道穿越河流沉降控制

如何有效控制由于盾构法施工引起地层损失导致的沉降是目前研究的关键问题.以常州地铁二号线一期工程穿越河流的实际情况为例,结合ABAQUS对盾构下穿河流施工沉降进行数值模拟分析,研究盾构法在富水粉砂地层中穿越河流减小沉降的方法,结果表明,控制切口水压在1.10～1.15 kPa内,采用壁后注浆工艺,二次补压浆时每环推进4....     

大直径盾构隧道下穿既有车站诱发车站结构变形分析

采用三维有限差分程序模拟城市大直径盾构隧道施工,基于此分析了上部地铁车站的结构变形并考虑了车站变形缝的影响.计算选用了地层-结构模型,土体则采用弹塑性模型模拟,应用link单元模拟变形缝,并对link单元的本构关系及参数进行了详细的定义.重点进行了结构间相互作用分析及变形缝的模拟.结果表明:考虑变形缝,结构变形更加灵活,充分;差异变形发生在地层刚度变化大的部位;变形结果为结构安全评估提供了可靠的依据.     

盾构隧道壁后注浆浆体变形特性

利用浆体变形单元体模型试验装置,研究了不同浆体压力、不同围岩土质条件以及不同地下水压作用下的盾构壁后注浆体的变形规律。试验研究表明,较高的浆体压力有利于加快浆体排水固结速率并增大浆体的最终变形量。土体的渗透系数是影响浆体变形的重要因素。在砂性土体中,地下水压对浆体的变形影响较大,在粘性土体中,浆体压力对浆体的变形影响较大。该装置可以用于研究浆液注入盾尾空隙后的受力状态、浆体的变形特性,有助于更深入地明确壁后注浆控制地层应力释放和地层变形作用。     

盾构隧道的近接施工对已建隧道产生的影响

为了研究天津市软土地区新建盾构隧道近接施工对已建隧道产生的影响, 以天津地铁某区间最小净距为0.98 m的双线盾构隧道开挖工程为背景, 采用有限元软件刚度迁移法, 分析了在土体局部加固的情况下新建隧道掘进过程对已建隧道周围土体位移及衬砌内力与变形的影响, 并将地表变形计算结果与实测数据进行了对比分析.结果表明:在注浆加固条件下, 已建隧道的位移及内力都有较大程度的降低, 但在加固区与未加固区交界附近可产生一定的突变, 在现场施工时该段范围应重点监控.     

盾构隧道已开裂管片的受力变形特性

结合广州地铁某已运营的盾构区间隧道现状,通过采用三维Goodman单元来模拟管片已存在的裂缝,对盾构区间隧道已开裂管片的裂缝深度变化对管片结构造成的影响进行了分析,同时也对侧向土压力、地基弹簧系数以及地下水位等几种重要因素对管片受力变形特性的影响进行了评估.研究表明,随着裂缝深度的增加,管片砼的拉应力、压应力虽然达到最大值,但变化幅度并不大.但当裂缝接近径向贯通的时候,钢筋的拉应力值会大大增加,有可能超过允许值.同时,在盾构管片存在既有裂缝的情况下,盾构管片的最大拉应力值、水平和竖向收敛值、竖向沉降值均随侧向土压力系数、地基弹簧系数的减少而增大,同时随地下水位埋深的增大而增大.根据研究结果,对该区间隧道盾构隧道的裂缝等病害采取了针对性修复措施,目前无新的裂缝出现,总体处于稳定及安全的状态.