西安地裂缝对地铁隧道的危害及防治措施研究

西安地裂缝是一种独特的城市地质灾害,其活动对地铁建设造成严重威胁,西安地铁建设的关键是如何解决地铁隧道穿越地裂缝带的问题。以西安地铁穿越地裂缝带为研究对象,在地裂缝基本特征分析和未来活动趋势预测的基础上,分析了地裂缝活动对地铁隧道的危害模式,从结构、防水、地基基础与变形监测等方面提出了如下防治措施:结构上应采用扩大断面、预留净空、分段设缝加柔性接头和局部衬砌加强等措施;防水方面宜采用可卸式管片拼装双层结构法和波纹板强化橡胶复合材料制成的防裂止水带处理;地基基础处理方面采用地基注浆加固法和弹性囊变形恢复法处理;建立隧道衬砌和轨道的变形监测预警方案;地铁线路走向应尽量与地裂缝正交或大角度相交,避免小角度相交;严格禁止在地铁沿线一定范围内开采地下水。研究成果可为西安地铁隧道穿越地裂缝带的施工、结构和防水设计以及隧道病害监测与防治提供重要参考。     

地铁隧道正交穿越地裂缝的相互作用机制试验研究

 以西安地铁隧道为工程背景,利用地铁隧道正交穿越地裂缝应力模型试验,分析在地裂缝活动环境下的地铁隧道与地裂缝的相互作用关系。在地裂缝上、下盘发生相对错动时,对模型结构的纵向应变、结构底部的相对位移以及结构外围土压力等进行监测。数据分析结果表明：地铁隧道穿越地裂缝时其荷载传递机制涉及结构的刚度效应、下卧土体的支承作用、隧道与土体之间的摩阻作用以及裂缝处上下盘的接触效应4个方面。根据隧道结构变形特征及应变变化规律,构建隧道与土体底部脱空状态下相互作用力学模型,为西安地铁穿越地裂缝的隧道结构设计提供参考。通过对不同断面隧道的应变及变形比较分析,提出地铁隧道正交穿越地裂缝带时宜采用马蹄形隧道断面,以提高结构的整体刚度;加强位于地裂缝下盘的隧道混凝土的裂缝控制,做好防水处理。     

地裂缝对地铁明挖整体式衬砌隧道影响机制的模型试验研究

 以西安地铁2号线穿越地裂缝带为研究背景,采用几何缩比1∶5的大比例尺地裂缝与地铁隧道结构模型试验,研究了地裂缝活动对地铁明挖隧道整体式衬砌结构的影响机制。试验结果表明：随地裂缝位错量的增加,隧道顶部土与结构接触压力上盘明显增大,下盘减小,底部接触压力上盘减小直至为0,下盘则明显增大;当地裂缝位错量达到20 cm时,位于地裂缝上盘的隧道结构底部出现脱空现象,下盘2.5 m处衬砌出现开裂,对隧道底部脱空区应及时进行注浆等地基处理;隧道底板基本处于受压状态,而顶板受力较复杂,下盘受拉,上盘则先受拉后受压。地裂缝作用下隧道变形破坏模式为拉张破坏,且隧道衬砌开裂主要出现在下盘距地裂缝14.0 m范围内,而位于上盘的隧道衬砌基本完好,这与地裂缝活动引起土体和地表建(构)筑物的变形破坏主要发生在上盘刚好相反。研究结果可为西安地铁穿越地裂缝的隧道结构设计与防治措施制定提供一定参考。     

西安地铁隧道结构安全监测方法研究

通过对西安市区进行勘察确定的地裂缝有14条之多,地裂缝成为严重影响西安地铁施工及运用的一种典型的地质灾害。根据西安地裂缝空间展布及其活动特征,针对地铁隧道上、下盘垂直位错、结构变形、上部地表变形、结构下部脱空等安全隐患设计了合理的安全监测方案,为地铁区间隧道及地下结构的结构设计和灾害预警提供了依据,确保了地铁隧道的安全运营,同时这些监测手段及数据为类似工程建设提供工程了经验。     

分段柔性接头地铁隧道适应地裂缝大变形的模型试验研究

西安地裂缝是一种特殊的城市地质灾害,地铁隧道穿越地裂缝带时必须分段设特殊变形缝。以西安地铁隧道正交穿越地裂缝带为工程背景,采用几何比1:5的大比例尺模型试验,研究分段设缝柔性接头隧道穿越地裂缝带的适应性。试验结果表明:地裂缝活动环境下隧道设置特殊变形缝的柔性接头避免了衬砌结构应力集中,对结构起到保护作用,分段柔性接头隧道具有较强的适应地裂缝大变形的能力。设置与地裂缝倾角一致的斜变形缝对围岩压力与位移有一定影响,而对衬砌结构安全性影响较小。正交条件下斜变形缝能消耗20%以上的地裂缝位移量,在地裂缝影响区隧道可通过多段设变形缝串联的方式最大限度地消除地裂缝大变形对隧道的影响。接头处顶底部止水带基本完好,而两侧止水带因地裂缝垂直位移作用出现撕裂现象,防水设计应重点考虑接头两侧壁的防水。研究结果可为地裂缝活动环境下地铁隧道结构与防水设计提供重要参考。     

新建电力隧道上穿施工对地表沉降及既有隧道变形影响研究

基于有限差分软件FLAC3D对北京市朝阳区光华路电力隧道上穿地铁10号线国贸站—金台夕照站区间工程进行了施工阶段计算分析,着重分析了浅埋暗挖法施工过程中采用地表深层注浆和超前小导管注浆组合加固措施时,上穿施工对地表沉降和既有隧道变形的影响。研究结果表明,新建电力隧道上穿施工过程中,地表发生沉降,下部既有隧道以上浮变形为主。采用组合地层加固措施后,地表和既有隧道产生的变形显著减小,满足设计规范要求;计算结果和现场实测数据吻合程度较好,说明设计的组合地层加固方案可以有效控制浅埋暗挖法隧道上穿施工过程中的地层沉降和既有隧道变形,对实际施工具有一定的参考意义。     

近距离交叉盾构隧道力学行为研究

以成都地铁2号线二期工程近距离交叉盾构隧道为研究对象,采用有限差分方法对砂卵石地层中近距离交叉盾构隧道的结构内力、地层变形、盾构隧道施工过程中对周边环境的影响等进行了数值模拟分析,得出了砂卵石地层近距离交叉盾构隧道施工过程中结构内力分布规律、地层变形特征、对周边既有建构筑物的影响等重要成果,并将数值分析成果与现场监控数据进行对比研究,得出近距离交叉盾构隧道施工力学行为结论,结论直接指导成都地铁2号线二期工程近距离交叉盾构隧道设计及施工,同时也为类似工程提供借鉴.     

地裂缝对地铁隧道的影响机制及病害控制研究

自20世纪50年代以来,由于自然和人为因素的影响,西安市区出现了大量地裂缝,危害十分严重,其未来活动对在建的西安地铁构成重大潜在安全隐患.因此,西安地铁隧道穿越地裂缝的问题成为了一个全新的重大工程难题,近年来引起了工程界和学术界的高度关注.以西安地铁隧道穿越地裂缝活动带为工程研究背景和依托,对西安地铁沿线地裂缝未来活动趋势和最大垂直位错量进行了分析与预测,采用大型模型试验和有限元数值模拟计算相结合的方法,对地裂缝活动作用下不同衬砌结构类型的地铁隧道变形破坏机制及病害控制进行系统研究.主要研究工作和成果如下:(1) 从超采地下承压水和区域构造运动对地裂缝活动的影响程度入手,分析西安地裂缝未来百年的活动趋势.在现今活动速率和历史最大位错量分析的基础上对地裂缝未来活动量进行了预测,得到地铁设计使用期(100 a)内西安地铁与地裂缝各交汇点附近地裂缝的最大垂直位错量.(2) 通过大型物理模型试验和有限元数值模拟,揭示地裂缝活动环境下地铁明挖箱形隧道、浅埋暗挖马蹄形隧道和盾构隧道分别正交和斜交穿越地裂缝带的变形破坏机制、隧道围岩压力与位移以及地表沉降变形的变化规律.(3) 通过有限元数值模拟,分析地裂缝作用下地铁隧道衬砌结构的变形与力学行为,得出地裂缝作用下地铁隧道纵向变形曲线方程,其表达式为:y = Ax3+Bx2+Cx+D,其中A,B,C,D均为常数.同时,揭示了地铁隧道与地裂缝斜交角度θ对地铁隧道衬砌结构变形破坏的影响规律.(4) 根据衬砌类型、地铁隧道与地裂缝空间相交展布关系,在大型模型试验和数值模拟的基础上,提出地裂缝作用下地铁隧道变形破坏模式,其中整体式衬砌隧道变形破坏模式为拉张-挤压破坏(正交)和拉张-扭剪破坏(斜交),盾构隧道变形破坏模式为直接剪切破坏(正交)和扭转-剪切破坏(斜交).(5) 基于大型物理模型试验和有限元数值模拟方法,建立地铁隧道穿越地裂缝带结构纵向设防长度的计算方法,确定了西安地铁隧道正交与斜交穿越地裂缝带的纵向设防长度.建立基于三维空间地裂缝活动作用下分段式隧道运动位移模式和计算公式,确定地铁隧道穿越地裂缝带的抗裂预留位移量(净空量).(6) 通过分段设缝的地铁隧道正交和斜交穿越地裂缝带的大型物理模型试验,对分段设变形缝的地铁隧道穿越地裂缝带的适应性进行了研究,结果表明分段柔性接头隧道能承受较大的剪切变形,相邻衬砌管段变形和次生应力均较小;同时多段设变形缝具有很好的消化地裂缝变形的效果,从而说明多段设变形缝加柔性接头连接的地铁隧道具有较强的适应地裂缝活动大变形的能力.(7) 基于西安地铁工程穿越地裂缝带的特殊性和复杂性,在地裂缝活动可能引起的地铁工程病害分析的基础上,从结构、防水、地基加固及基础处理、轨道调整等方面,提出了地铁隧道穿越地裂缝带的病害控制措施.     

双洞隧道侧穿既有建筑风险分析和方案优化研究

隧道施工必然会引起地层变形,从而对邻近地表建筑物产生不利影响。以北京地铁9号线军事博物馆站—东钓鱼台站区间隧道近距离侧穿中华世纪坛为工程背景,先进行隧道施工对中华世纪坛影响的风险分析,并提出相应的控制措施;然后采用流固耦合数值分析,研究左线和右线施工顺序、径向注浆、超前小导管注浆和隧道与建筑物位置关系等影响地层变形的关键因素;最后结合施工监测数据,分析隧道侧穿施工引起的地表沉降、中华世纪坛坛体沉降和倾斜以及地下管线沉降的特征。     

地裂缝段地铁隧道施工的地表沉降控制技术研究

地裂缝土体结构破碎,地下水活动较强烈,围岩稳定性差,给地铁施工造成隐患。通过采用深孔注浆技术结合隧道内拱顶沉降以及隧道净空收敛的监测与其数据分析,确保了地铁隧道的安全施工,说明了该种施工方法和监测技术在地铁施工中的可靠性,并为城市地铁设计施工提供参考。     

浅析地铁隧道穿越F3地裂缝的施工

本文介绍西安市地铁一号线劳动路站～玉祥门站区间浅埋暗挖黄土隧道穿越F3地裂缝段施工方法及采取的措施,隧道F3地裂缝段施工中采用了超前降水、超前小导管注浆固结地层、监控量测以及台阶法与CRD法转换技术,成功地解决了浅埋暗挖黄土区间隧道穿越F3地裂缝的施工技术难题。     

浅埋大断面软岩隧道施工影响下建筑物 安全性控制的试验研究

 厦门机场路一期工程在大跨、浅埋及复杂地质等工程条件下穿越地表密集的建筑物群,受隧道施工影响的建筑物多达90余栋。在隧道施工过程中,既要保证新建隧道结构的安全,同时还要保证地表既有结构的安全,而后者显得更加重要。隧道施工面临着全风化花岗岩遇水软化、隧道结构整体沉降、地层大变形、建筑物差异沉降及裂缝控制等诸多难题。在对该工程特点和控制方案系统分析的基础上,为保证控制方案的可靠性,对拟拆迁的104#和105#楼房进行试验研究,通过施工过程的注浆抬升和变形监测结果,论述地层沉降、建筑物沉降及裂缝产生、发展随隧道开挖的变化规律,并提出优化洞内施工与地面注浆抬升建筑物相结合方案,控制围岩大变形和有效保护建筑物的工程措施。试验数据表明,将核心控制指标—建筑物差异沉降量控制在20 mm以内可保证建筑物的安全;地表注浆与洞内注浆相结合可实现对建筑物的抬升,并有效地减小建筑物的差异沉降并控制裂缝的发展。研究结果为机场路隧道后续穿越重点建筑物的施工提供了技术支撑和安全保障,也为今后类似工程的设计、施工和研究提供了有益的借鉴和参考。     

盾构穿越已建隧道的影响分析及应对措施

通过研究盾构法施工对地层的扰动以及隧道的受力变形特征,结合上海地铁盾构穿越隧道的工程实践,探讨了盾构施工对已建隧道变形的控制措施,获得了一定经验。同时指出,注浆工艺和上覆土厚度对隧道变形的影响应引起足够重视。     

新建地铁隧道下穿既有洞室的施工安全控制

以重庆主城区地铁区间隧道下穿既有洞室为例,采用理论分析和有限元数值模拟计算方法,对新建地铁隧道是否采用施工控制措施以及采取措施后的施工影响范围进行了分析论证.结果表明:新建地铁隧道下穿既有洞室,当二者净距接近或小于新建隧道开挖的围岩塑性区时,应采取相应工程措施;超前注浆加固措施能有效控制围岩变形,增强施工安全性;既有洞室的存在对地铁隧道开挖过程中的围岩变形有一定影响,越靠近洞室,地铁隧道围岩变形值越大;下穿地铁隧道开挖可导致上方既有洞室结构发生变形,越靠近地铁隧道,其变形值越大;新建隧道超前注浆长度取2～2.5倍洞径较为合理.     

新建道路与地铁隧道间的疏松地层处理

北京市大兴区兴华大街道路改扩建工程,与地铁大兴线工程同步实施。在新建地铁区间上方进行道路施工时,充分考虑了地铁盾构、暗挖隧道施工对地层环境的影响,采用地质雷达探测、地层钻孔取芯方法对地铁隧道施工影响范围内的地层进行了详细探查,根据探查结果,对地层疏松成因进行分析,针对地层疏松区域深度及严重程度,采取从地面向下钻孔、注浆,对路床～地铁区间结构之间的地层空隙进行充填、压密,提高承载力,确保了新建道路、管线安全运行。     

典型地铁隧道结构安全保护工程案例分析

结合相关典型地铁隧道结构安全保护工程案例,分析了不同地铁隧道的结构形式、工程地质条件、与基坑的相对空间位置关系、基坑支护结构设计、施工工法选择以及隧道结构安全监测对紧邻隧道结构安全的影响.分析认为:盾构隧道抵抗外部作业扰动的能力相对较低,地铁隧道结构周边地层对隧道结构的受力与变形起着先决作用,地铁隧道结构与深基坑的不同空间位置关系决定着隧道周边地层保护作用的程度.基坑支护形式设计与基坑施工时,必须充分考虑对隧道结构周边应力场的影响,以隧道结构安全的受力与变形控制为前提.     

盾构隧道开挖斜穿地裂缝的数值模拟分析

为探索地铁穿越地裂缝时隧道围岩与衬砌结构的变形和应力变化规律,本文以实际工程为基础,通过合理简化土层,采用理想弹塑性模型,通过控制生死单元的方法对盾构隧道进行分步开挖数值模拟。获得施工过程中围岩与衬砌的位移与应力。结果表明,地裂缝是隧道开挖时最危险的部位,对隧道的破坏起决定性作用。在裂缝处围岩洞室沉降出现了较大变化,易造成隧道的坍塌;在地裂缝处隧道两侧围岩与管片衬砌两侧均形成了应力集中,易使隧道洞室侧壁与管片衬砌发生剪切破坏。最后提出了保证地裂缝处围岩稳定性的处理方法,为同类工程提供参考。     

复杂地层地铁隧道的大范围保护区变形监测研究

由于地铁隧道空间比较狭窄,对于地铁隧道的大范围变形监测工作而言,如何保证监测的高精度与高稳定性成为一个难点,同时,外部工程对复杂地层隧道的影响也比较复杂,且目前尚不能用很好的理论方法预估这种影响,因此,在外部施工期间开展复杂地层地铁隧道的大范围变形监测研究具有重要的现实意义。论文以南京河西软土地区某一地铁隧道保护区变形监测为例,介绍了监测方案的设计、自动化监测系统的构成与优势、监测网的布设等内容,并通过监测成果分析来揭示复杂地层的隧道变形规律,为外部工程信息化施工、确保地铁隧道的结构安全与营运安全提供借鉴。     

地铁隧道地层注浆加固分析

随着国民经济的飞速发展,地铁已经成为人们生活中重要的交通工具,地铁隧道工程也与日俱增。以大连地铁一期工程中华广场站至千山路站区间为主体,对隧道地层的注浆加固技术及其施工方案和检验方法进行了研究分析,对今后隧道地层的注浆加固施工积累了实际的工程经验。     

浅埋暗挖隧道下穿地表建筑物安全控制技术研究

浅埋暗挖隧道穿越施工不可避免地会对地表建筑物产生扰动,保证建筑物的安全是穿越工程的关键所在。以青岛地铁3号线错埠岭站~清江路站区间下穿建筑物群工程为背景,以控制地层变形为核心,选择适宜的掘进参数,提出超前小导管和超前预注浆加固地层、隧道初支背后回填注浆、建筑物变形补偿注浆、隧道堵水注浆等控制地层变形和建筑物沉降的控制措施。现场实测表明,建筑物沉降分微弱变形、急剧发展、稳定、微弱抬升四个阶段,最大沉降为13.84mm,最大差异沉降为8.21mm,满足控制标准。研究结果为青岛地铁后期下穿建筑物工程提供了技术支撑和安全保障。