小半径曲线盾构隧道研究的几个问题与初探

以三版(92/03/13)地铁设计规范中线路平面最小曲线半径的取值标准为切入,指出曲线最小半径的取值和地铁线路的分类有关,认为其他行业对盾构隧道的最小半径取值标准规定未基于实际使用服役环境工况,预测未来城市复杂环境下地下管廊基础设施的规划、设计和建设不可避免面临更多的小半径曲线盾构隧道。结合工程实测数据,对小半径盾构隧道管片行为进行了分析,发现小半径曲线段盾构施工总推力与直线段存在明显差异,认为合理控制小半径曲线段施工管片所承受的不平衡推力、保证管片与围岩体之间开挖空隙的有效注浆填充及提高注浆体初凝强度应成为预防管片病害的关键性技术。对小半径曲线盾构隧道土压力问题进行了浅析,认为水平向土拱问题和经典太沙基所提出的竖向土拱问题共同构成小半径曲线隧道的两类土拱问题;同时,小半径曲线盾构隧道中主应力轴旋转所产生的强度问题值得注意。     

双线平行地铁隧道盾构同向推进纵向安全间距研究

为加快双线地铁隧道施工,采用2台盾构机同时开挖,盾构横向间距不变情况下,纵向间距过近会加剧对土体的扰动,影响地表建(构)筑物安全。以武汉地铁三号线为工程背景,选取双线平行隧道盾构同向推进为研究对象,采用现场监测和数值模拟计算方法,综合分析盾构开挖时隧道横向、纵向地表变形特征,揭示双线平行隧道盾构同向推进时的纵向相互影响规律。结果表明:数值计算结果与现场监测数据相吻合;盾构通过后地表形成沉陷槽,隧道拱顶上方地表变形最大,距离隧道轴线越远,地表变形越小;开挖过程中盾首上方隆起值达到最大,盾构穿过后沉降迅速增加,最终趋于稳定;双线地铁隧道盾构同向推进中,盾构的二次扰动加剧了地表最终变形量,盾构纵向间距对地表最终变形量没有影响,随着盾构纵向间距增加,地表总体沉降速率减缓,当盾构纵向距离大于50 m时较为安全可靠。研究成果旨在为今后的地铁隧道安全快速的施工提供依据。     

小半径曲线隧道盾构始发方式对轴线偏移的影响规律

曲线隧道需严格控制盾构施工轴线与设计曲线之间的偏移量。为此,推导了切线始发、割线始发以及内外侧预偏移始发时盾构机的轴线偏移量计算公式,提出了减少盾构始发偏移量的解决办法。在分析各种始发方式对直线段和姿态调整段的盾构轴线偏移的影响规律的基础上,探讨了盾体与连接桥之间转动受限时的解决办法。结果表明：小半径曲线段盾构施工宜采用割线始发或外侧预偏移始发,其中外侧预偏移始发的最大偏移量明显小于割线始发,且外侧预偏移始发比割线始发更易控制姿态调整段的偏移量;当线路转弯半径与盾构最小转弯半径相接近时,盾构始发后应提前调整盾构姿态,否则姿态调整段的最大偏移量很容易超过规范允许值;小半径曲线段盾构始发时,盾体与连接桥的转角容易超过盾构机的允许范围,应考虑将盾构设计轴线往曲线内侧适当平移。     

近距平行双线盾构隧道地表沉降曲线分析

由于盾构隧道的修建过程极易造成周边土体变形,因此,准确预测盾构施工引起的地表沉降是盾构工程亟待解决的难点问题之一.依托西安地铁某区间双线平行隧道工程,采用数值模拟与现场监测的方法,分析了双线平行盾构隧道开挖对地表沉降造成的影响.研究的结果表明:在隧道埋深一定时,随着两隧道间距的增大,沉降曲线的最大沉降值逐渐减小,沉降曲...     

重庆地铁盾构隧道地表沉降分析

近年我国盾构隧道修建数量随着需求不断增加,周围土体在盾构隧道施工时会受到一定程度的扰动,为了保证开挖时周围土体的稳定,地表沉降的研究是有必要的。针对重庆轨道交通27号线盾构隧道,利用ABAQUS有限元分析软件对盾构隧道施工模拟,结合数值模拟结果对影响地表沉降的因素进行讨论,总结关于不同地表埋深、等代层厚度、注浆层弹性模量这3个因素对地表沉降的影响规律,表明埋深深度越深,土体扰动越小,地表沉降值越小;等代层的厚度越厚,盾尾的缝隙填充越密实,地表沉降值越小;注浆层弹性模量越大,说明盾构施工注浆越及时,地表沉降值越小。     

地铁区间极小间距下穿高铁盾构隧道施工方法分析

以北京１２号线地铁区间极小间距下穿京张高铁盾构隧道为工程背景，数值模拟了台阶法、临时仰拱台阶法、ＣＤ法以及ＣＲＤ法施工过程，揭示了下穿工程地层变形、地表沉降、盾构管片变形以及支护结构受力特征等规律。研究结果表明:地铁区间施工拱顶和仰拱围岩变形最大。地表最大沉降位于地铁双区间隧道中心截面，越靠近中心地层变形叠加效应越明显，距离超过２０ｍ的地层主要受单线隧道施工影响，且变形大幅降低；地铁施工引起盾构管片最大变形在双区间中心截面±１５ｍ范围内，为减小盾构隧道变形，可局部加固距地铁区间较近３０ｍ段管片；在台阶法基础上设置临时仰拱后，不仅减小了初支因弯矩产生的应力，还能充分利用锚管的锁脚作用，临时仰拱台阶法有效控制了地层变形。     

考虑参数空间变异性的盾构隧道施工地层变形综合可靠度分析

依托厦门地区典型风化花岗岩地层的盾构隧道工程,针对多层土双线盾构隧道施工地层变形问题,以岩土体参数的空间变异性为切入点,基于随机场理论,采用蒙特卡洛法与有限差分法模拟计算相结合的方法,开展盾构隧道施工地层变形响应的可靠度分析。以土体弹性模量E的空间变异性为研究重点,系统研究土体弹性模量的竖向、水平波动距离(θ_z,θ_x)对地层变形可靠度指标的影响。结果表明:随机分析所得最大地层变形(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的可靠度指标随着土体弹性模量波动距离的增大而降低;随着最大地层变形允许值的增大,地层变形可靠度指标也相应提高。在此基础上,借助熵理论客观确定各地层变形指标(地表沉降、拱顶沉降、围岩收敛)的权重系数,结合可靠度设计方法和工程风险分析理论,开展地层变形综合可靠度分析及控制指标体系的研究,提出适合厦门地区的盾构隧道施工地层变形控制指标体系。     

双线盾构隧道地表沉降及管片圆周应力分析——以昆明地铁迎滇区段为例

为了解软弱地层双线隧道盾构施工过程中地表沉降及管片圆周应力的变化规律,以昆明地铁迎滇区间段为研究对象,采用数值模拟方法建立双线隧道盾构施工三维有限元模型,并对盾构施工过程进行模拟分析。结果表明:隧道盾构施工过程中不同介质交界处是诱发工程灾害的关键位置,施工过程中应加强监测;监测断面距开挖面越远,地表沉降量越小。隧道右线开挖至12环时,左线12环管片圆周的大、小主应力值最大,最大值分别为2.5 MPa和2.4 MPa,且左线管片的大主应力与小主应力均随管片环数的增加呈逐步减小趋势;右线施工过程中,左线和右线管片圆周大主应力的最值随盾构环数的增加基本呈逐步减小趋势。     

富水砂性地层中地铁盾构下穿铁路施工引起的沉降分析

以富水砂性地质条件下某地铁区间盾构隧道下穿铁路施工工程为背景,研究下穿施工引起地 表沉降的规律。首先对Ｐｅｃｋ方程进行分析,提出地表差异沉降系数的概念,用于表征盾构施工引起的 地表最大差异沉降。然后利用数值模拟方法分析地层损失率、隧道埋深、地层加固等因素对铁路设施沉 降的影响规律。结果表明:地层损失率在０．５％ ～３．０％变化时,减小地层损失可以同时降低地表沉降 及差异沉降,控制地层损失率在１．０％以内,可满足铁路设施变形控制标准;增大隧道埋深可以降低地 表最大沉降量,同时可以降低地表最大差异沉降;对隧道周围土体注浆加固可以显著降低盾构下穿铁 路施工引起的铁路设施沉降。     

南昌地铁2号线土压平衡盾构小半径曲线的掘进技术

为有效解决在小半径曲线区间隧道施工中出现的盾构姿态偏离超限、管片错台、破损、渗水等问题,从实验的角度出发,研究分析了如何通过调整施工参数、掘进方法等措施进行盾构机纠偏。根据研究发现,小半径掘进时推进速度对偏差影响较大;盾构机中心线和管片几何中心线之间的夹角是管片产生错台、破损开裂的主要原因;管片的受力不均是小半径曲线段管片渗漏水的主要原因。通过改变盾构机的推力等措施,解决了上述问题,达到了预期的目的,可以为类似工况下的盾构施工提供借鉴和参考。     

ANSYS二维弹塑性分析在联拱隧道围岩稳定性评价中的应用

本文对殷家岩隧道施工过程进行了二维弹塑性有限元分析,得到了联拱隧道在分步开挖时地表沉降、拱顶位移及支护结构的应力变化情况,并得到了几点有意义的结论,为宜长高速殷家岩隧道所采用施工方法及与监测监控测点埋设提供了科学依据和施工指导。     

盾构隧道穿越水工渠道安全影响模拟分析

针对TBM盾构隧道下穿水工渠道实际工况,考虑渠道、隧道、地层等影响因素,建立三维有限元数值模型进行分析。结果表明,隧道左线开挖时渠道的最大沉降变形为3.19 mm,地表竖向沉降量最大值为8.76 mm;隧道右线开挖时渠道的最大沉降变形为4.54 mm,地表竖向沉降量最大值为8.26 mm;隧道施工所致渠道结构的最大拉应力变化为0.20 MPa,根据相关技术要求中的沉降限值,得出分析结论。     

盾构隧道下穿砖混建筑物群沉降控制案例分析

呼和浩特市城市轨道交通2号线新华广场站至呼和浩特站盾构区间隧道侧穿砖混建筑物群。通过采用Midas GTS NX模拟分析了侧穿施工期间既有砖混建筑物结构的变形规律,具体提出了侧穿段区域洞内深孔注浆加固方案,并基于实测数据对地表及建筑物结构变形进行了分析,主要得到以下结论:地表沉降槽近似呈非对称"W"形,未采取注浆加固条件下建筑物沉降最大值为28.59 mm,且有向盾构中心线方向倾斜的风险;通过采用洞内深孔注浆加固措施,在拱顶120°范围形成深度3 m的注浆加固圈,能够基本满足地表及建筑物变形控制标准;盾构隧道侧穿施工期间,既有建筑物结构最大的隆起变形为3.39 mm,建筑物沉降值基本控制在10 mm,保证了既有砖混建筑物的安全。     

软流塑地层盾构交叠隧道控制措施研究

为研究在软流塑地层进行盾构交叠施工过程中隧道过度沉降以及突然失稳的控制措施。以南京地铁5号线三山街站—朝天宫站区间隧道交叠1号线工程为依托,使用数值模拟的方法,基于软流塑地层盾构施工难点以及盾构交叠施工对地表与既有隧道影响机理,根据控制手段与对象的不同,分别提出三种预加固措施：(1)内张钢圈法+洞内微扰动注浆+二次注浆加固(2)双层管棚+水泥土搅拌桩+袖阀管注浆加固(3)MJS工法加固,对其控制效果进行了对比分析,研究结果表明：三种控制措施的地表最大沉降值分别为5.11 mm、5.63 mm、8.38 mm,既有隧道最大沉降值分别为4.01 mm、6.67 mm、8.39 mm,方案(1)满足交叠工程沉降控制值;最后,结合最优比选方案的盾构交叠施工现场监测数据,进一步研究分析了盾构交叠施工对地表以及既有隧道的实际影响规律,对加固措施的控制效果进行了验证分析,得出了在施工过程中隧道的主要沉降区段和有效的控制措施,为此类研究提供依据,也为工程施工提供参考。     

不同埋深下盾构隧道施工引起的地层变形试验

隧道施工诱发的地层沉降会影响地上建筑设施的安全,为了研究不同埋深隧道盾构施工影响下砂土地层的变形规律,设计了由模型架和非接触监测系统组成的模型试验系统。利用该系统,以干砂为填料,通过使隧道产生沉降来模拟施工影响下的地层损失,进而得出不同埋深情况下地层的变形规律。试验结果表明：(1)随着隧道埋深的增大,地层内部产生“土拱效应”,地表最大沉降值逐渐减小,地表沉降模式由“窄而深”演化为“宽而浅”,但地层受扰动范围自隧道中轴线向两侧逐渐扩大;(2)不同埋深情况下,地表和地层内部的沉降曲线均符合高斯分布函数。地表沉降槽宽度系数随隧道埋深的增大而增大,深层土体沉降槽宽度系数随地层深度增加而减小;(3)不仅对于黏土,在砂土中深层土体沉降槽宽度系数i_z与地表沉降槽宽度系数i_s之比i_z/i_s同该土层深度h_z与隧道埋深h的关系(1-h_z/h)之间同样呈线性关系。因此,在浅埋的砂性及黏土地层中根据地表沉降规律即可得出地层内部沉降规律,从而为隧道的施工和支护结构的设计提供参考和指...     

盾构隧道下穿既有通道诱发沉降数值分析及现场监测

以南昌地铁2号线盾构隧道下穿某既有通道为研究背景,采用数值计算方法对盾构施工引起的地表和邻近结构沉降进行研究。首先分析不同施工阶段下盾构施工引起的地表及既有通道沉降,得出盾构施工引起的主要沉降范围及沉降规律;然后通过对加固前后既有通道底部沉降进行分析,研究加固措施的有效性;最后将数值计算与现场监测的数据对比,结果表明两者基本相符。研究结果可为类似工程提供一定的参考。     

克泥效工法对盾构隧道地表变形的作用规律研究

软土地区盾构施工面临着严峻的地表变形问题,克泥效工法辅助盾构施工是缓解地表变形的重要控制措施。为探究克泥效工法对盾构隧道地表变形的影响规律,依托苏州轨道交通11号线玉-珠区间盾构工程,首先开展克泥效浆液压缩试验,得到浆液压缩变形规律;然后建立克泥效工法下盾构隧道双等代层有限元模型,模拟研究克泥效注浆工法对地表变形的影响规律。研究表明：克泥效浆液的压缩变形曲线近似符合线性关系,克泥效浆液性能受B液添加率影响明显,当B液添加率为4%时,克泥效浆液抵抗变形能力最强;建立的双等代层模型能够模拟克泥效工法对盾构隧道地表变形的影响特征,克泥效工法辅助盾构可减少约78%的地表最大沉降量;克泥效浆液填充率对地表沉降影响显著,填充率约150%时,对地表沉降的控制效果相对最好。研究结果可为克泥效工法在类似盾构隧道工程中的应用提供参考。     

多线叠交盾构下穿既有隧道数值模拟分析

针对西安地铁15号线某盾构区间隧道近接正交下穿既有地铁2号线区间隧道施工过程中的重难点问题,采用三维非线性有限元分析方法研究四线叠交的复杂工况,考虑盾构不同注浆压力和土仓压力作用下新建隧道的施工对既有隧道变形影响及地表响应规律,对叠交段采取的袖阀管预注浆加固效果进行验证。研究结果表明：距既有隧道中心线2.0～1.6和1.5～3.0倍洞径范围内,隧道沉降量均随注浆压力和土仓压力增大而减小;新建隧道的先左后右顺序施工会造成既有隧道结构产生二次沉降;叠交段地层预加固可使既有隧道和地表沉降最大值分别减小为未加固时的75%和50%,隧道结构变形趋势由未加固时的“W”形变为加固后的“V”形,且沉降量最大位置也发生改变。研究成果可为多线叠交下穿工程的设计和施工提供借鉴。     

盾构穿越多条既有隧道施工环境扰动分析

新建盾构穿越多条既有隧道施工是近年不断出现的新型地下空间布置形式。穿越邻近既有隧道过程除了会使地表发生隆沉,还会对已有隧道产生扰动变形影响。建立了针对新建盾构垂直上、下穿现有隧道穿越施工形式的三维弹塑性有限元动力学模型,并进行了全过程仿真分析。并根据一些结果,提出了预测多线盾构隧道施工地表沉降的Peck修正公式。研究表明:当各隧道间的净距处于扰动影响范围内时,盾构掘进对地层产生二次扰动,将对既有隧道产生较大影响。盾构上穿现有隧道时,地面将发生较大变形,且均呈隆起趋势;而下穿现有隧道时,地面将发生较小的变形,现有隧道均呈下沉趋势。研究成果可为工程实际施工建设提供理论支持。     

厦门地铁隧道变形控制指标的确定方法

依托厦门风化花岗岩地层的盾构隧道工程,以土体参数的空间变异性为切入点,针对当前隧道变形控制指标体系存在的针对性不足、科学性不够及适用性不强等问题,结合现场监测数据的统计分析和基于随机场理论的可靠度分析,提出了厦门轨道交通隧道工程变形控制指标的综合确定方法。结果表明:厦门典型风化花岗岩地层中,盾构隧道施工引起最大地表沉降的统计平均值为-13.50 mm,监测数据的95%分位数约为-32.42 mm;根据可靠度分析,最大地表沉降服从标准正态或对数正态分布形式,随机计算所得最大地表沉降的95%分位数为-35.43 mm。从安全角度出发,建议将-35.0 mm作为厦门典型风化花岗岩地层盾构隧道施工地表沉降的控制值。