朝上盾构施工引起土体变形的数值模拟研究

朝上掘进盾构机从水平隧道始发向上掘进过程中,会导致周边土体变形。采用三维有限元模拟软件MIDAS GTS NX对过程进行建模,利用网格激活钝化、改变网格参数与属性的方法,模拟朝上掘进盾构施工的实际过程,得到隧道周边土体的变形规律,研究不同竖向隧道长度、不同朝上盾构掘进速度等因素对土体变形造成的影响。研究结果表明,在朝上掘进盾构的掘进过程中,地表土体离竖井中心点距离越近,其沉降呈现出先增加后减少,甚至隆起的情况,水平位移相比于竖向位移改变量较小;竖向隧道长度越长,土体及水平隧道因盾构向上掘进产生的扰动就越大;而施工时朝上盾构掘进速度越慢,对于土体的竖向扰动影响就越小。     

盾构隧道内竖向顶管施工室内模型试验研究

传统的竖井施工方法对居民生活、环境及周边交通的影响大,在此背景下,竖向顶管技术得以快速发展.基于现有相关研究,设计并发明了一种竖向顶管室内模型试验装置,考虑了不同覆土高度、不同千斤顶顶升速度以及土层含水与否3种影响因素对竖向顶管施工的影响,研究盾构隧道内竖向顶管施工引起的盾构隧道内侧变形及地表竖向位移变化规律.研究结果...     

上海地铁18号线盾构掘进施工监测探析

盾构地铁隧道施工过程中，不可避免会对周边环境产生影响。为保证盾构掘进施工的安全性，对周边环境及隧道结构本体进行监测是十分必要的。以上海地铁18号线政立路站～复旦大学站区间隧道的施工过程为背景，对周边地下综合管线、建(构)筑物、地表剖面及隧道结构的竖向位移，以及隧道收敛变形进行监测。通过对监测数据进行分析，得到盾构掘进过程中各测点位移的变化规律，使设计单位能够根据现场工况发展，进一步优化方案，达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。     

盾构隧道开挖引起的土体位移有限元分析

为了研究某地铁隧道过江段开挖施工引起的土体位移变化情况,建立了隧道盾构施工的有限元模型,基于生死单元法模拟了过江段盾构隧道开挖过程,计算了盾构施工不同阶段的土体表面沉降量及土体竖向和横向位移沿深度变化情况。研究表明土体位移随盾构开挖过程逐渐变化,竖向位移沿地表至隧道埋深处逐渐增加,隧道位置处的侧向位移量最大,且土体位移与盾构参数有密切关系。     

盾构穿越既有线铁路变形控制技术

武汉某地铁区间隧道施工过程中须穿越既有线铁路路基及铁路站场,在土压平衡盾构的施工中,既有线铁路轨道沉降及位移难以控制,盾构穿越既有线时若保护措施不到位,极易导致轨道沉降、变形、脱轨等风险,造成既有线停运。针对盾构在该地区该地层穿越既有线铁路的掘进参数、沉降控制观测资料进行分析,总结在该地层城市轨道交通盾构法施工条件下既有线铁路位移及变形规律,提出对土仓压力、掘进速度、总推力、出渣量、刀盘转速和扭矩、注浆压力和注浆量、渣土改良效果7个管理指标进行掘进控制管理,有效地控制地表沉降,保证既有线铁路地安全运行,为盾构掘进过程中穿越既有线铁路施工积累了宝贵的经验。     

大直径盾构下穿地铁车站结构变形数值分析

以一大直径盾构隧道下穿地铁车站工程为背景,研究盾构掘进施工对车站结构变形的影响情况。通过建立结构-土体三维有限元模型模拟盾构施工过程,分析车站结构的变形、抗拔桩的位移,以及周围土体的位移变化。结果表明盾构施工对地铁结构变形和抗拔桩位移的影响均较小;车站正下方区域外的施工引起的结构底板和抗拔桩竖向位移影响有限。     

大直径泥水盾构施工对粉质黏土地层变形的影响

为研究大直径泥水盾构施工对粉质黏土地层变形的影响,以武汉市地铁29号线工程为依托,借助水准仪和自主设计可伸缩沉降板监测地表和深部土体竖向位移。监测结果表明,在盾构机掘进过程中,地表表现为先沉降后隆起再沉降的变化规律;深部土体竖向位移具有与地表类似的变化规律,当盾构刀盘脱离监测断面 23. 5m时,最大隆起达15mm。     

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

 类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明：类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。     

杭州地区基坑开挖对邻近既有盾构隧道影响的统计分析

基坑施工对邻近建筑物的影响一直是研究的热点问题,而盾构隧道结构对变形更为敏感,开挖施工对既有隧道的变形影响问题值得重点关注。选取杭州地区17个既有地铁盾构隧道的基坑工程实例,研究开挖施工对隧道结构的变形影响,分析基坑与隧道的水平净距、相对高差、开挖深度等空间参数对隧道变形的影响。研究结果表明：基坑开挖的卸荷作用会引起邻近隧道结构的附加变形,且水平位移通常大于竖向位移;隧道的变形影响随着与基坑的水平净距增大而呈非线性递减;隧道的竖向位移随基坑开挖深度增加而线性增大,且不同开挖深度的敏感性不同。研究成果对类似地区的地铁隧道保护工作具有一定的参考意义。     

盾构掘进施工对周边单桩变形影响研究

针对苏州轻轨1号线盾构隧道区间施工情况,采用三维有限元数值模型,研究了盾构隧道施工对周边单桩变形的影响,结果表明:盾构隧道施工过程中,桩身横向位移在隧道中心位置处最大;盾构切削面距离桩体9 m、6 m时,桩身的横向位移较小;随着盾构机进一步掘进,桩身横向位移全部偏向隧道,桩身位移曲线严重弯曲;当盾构切削面越过桩基3 m后,桩身横向位移变化较小,竖向变形沿桩身变化较小;随着盾构机掘进,其值逐渐增大。当桩长增加时,桩底的横向位移、竖向位移均随之减小,桩长对桩身沉降的影响比较明显。盾构正下方穿越单桩时,桩身竖向位移大于沿隧道轴向位移,桩底与盾构顶部的施工安全距离约为3 m。     

隧道盾构施工旋挖桩隔离效果分析

为分析隧道盾构施工时旋挖桩对减少邻近建筑物位移的效果,以苏州地铁4号线工程苏州火车站站至北寺塔站区间的一栋三层框架结构为例,对隧道盾构施工过程中的地表沉降进行了实测,并采用有限元软件ABAQUS建立三维弹塑性模型,模拟了隧道盾构施工过程中在有无旋挖桩隔离两种情况下该建筑物的水平和沉降变形,对两种情况下建筑物的变形进行了对比分析。分析结果表明,隧道盾构施工过程中,旋挖桩能有效地隔断桩内外的地表变形,明显减少盾构施工引起的邻近建筑物沉降。相对于无旋挖桩隔离,有旋挖桩隔离时建筑物的柱底水平位移减少56.2%左右,竖向沉降位移减少67.6%左右。     

新建隧道下穿运营线对地表及既有隧道影响模型试验研究

城市轨道交通网络形成过程中,对于盾构隧道穿越既有线较常见,当盾构近距离穿越施工时为重大风险点,掘进过程中必须严格控制技术措施,切实将安全管理落实到位。文章通过相似模型试验研究盾构掘进下穿既有线过程中地表及既有线位移变化情况,对轨道建设安全管理具有重要意义。     

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。     

地铁交叉隧道地层变形分析

以北京地铁五号线东单站近距离上穿既有线东单-王府井区间为例,采用FLAC3D非线性大变形程序对交叉隧道采用浅埋暗挖四步台阶法进行新隧道施工引起的地层变形进行了三维数值模拟,再现了土体随开挖位移及应力变化规律,对既有隧道开挖位移分布模式及受车站开挖变化规律、地表与拱顶沉降规律对比、各地层竖向沉降规律,并与现场试验断面的实测数据对比分析,验证了结果的可靠性.     

新建隧道上跨施工对既有隧道的影响及加固措施研究

为了研究砂质粉土中盾构隧道近距离上跨施工对既有隧道的变形影响,以某市轨道交通工程区间盾构隧道为背景,采用三维有限单元数值计算方法,得到了不加固工况下既有隧道变形以及交叉节点上方地表位移的变化规律。计算分析结果表明,新建隧道盾构通过既有隧道正上方后,在交叉节点一定范围内的既有隧道结构拱顶发生隆起变形,拱腰发生侧向变形;新建隧道上方一定范围内的地表发生沉降变形,最大值出现在交叉节点正上方附近处。另外结合工程地质、水文地质以及周边环境因素,本文对该交叉节点采用洞内注浆加固设计方案,并进行了模拟计算分析,结果表明加固工况下新建盾构隧道施工对既有隧道的影响明显降低。该计算分析结果在一定程度上证明了加固方案的合理性。     

软土深基坑临近城际铁路盾构隧道影响性分析

某软土深基坑临近城际铁路盾构隧道,基坑施工对城际铁路影响较大,建立了包含了基坑及既有城际铁路结构的三维计算模型,分析了盾构隧道和轨道结构的竖向和水平位移的变化规律。研究得出盾构隧道的最大竖向位移和水平位移分别为2.102、5.706mm,轨道结构最大沉降和差异沉降分别为1.469、0.337mm,均小于控制允许值,城际铁路隧道结构和轨道结构位移余量足够;最大位移发生在城际右线盾构隧道与基坑中心对齐处,需在现场监测中重点关注加密测点;基坑开挖阶段对城际铁路影响最为明显,是地铁结构安全保护的关键步骤。     

先后掘进盾构间距对下穿既有立交桥桩基影响分析

文章以合肥地铁2号线盾构穿越五里墩立交桥群桩为研究背景,分析双线隧道盾构掘进间隔距离对地表沉降与群桩桩基的影响。研究表明:盾构掘进引起的地表沉降呈现"W"型,先行掘进施工所引起的地表沉降较大,且最大沉降点逐渐向后偏移;随着间隔距离的增大,处于两隧道之间的桩基竖向位移逐渐减小,水平位移略有增大,先行隧道中心沉降数值比后行隧道所产生的沉降大6%～17%,当隧道间隔距离大于6倍隧道直径时,地表沉降和桩基变形趋于稳定。     

软土基坑施工对临近地铁盾构隧道影响分析

分析基坑施工对临近隧道影响对保护隧道安全有重要意义.对于保护某地块临近地铁盾构隧道,地块地下室与隧道外边缘最小距离约为10.2m,采用有限元方法,建立基坑施工对盾构隧道影响的计算模型,分析了盾构管片和轨道结构位移变化特征.研究结果表明,基坑施工过程中,管片和轨道结构位移以向基坑方向的横向水平位移为主,竖向位移和纵向水平...     

盾构开挖面土仓压力对地层变形影响分析研究

本文以地铁区间盾构隧道施工为背景,采用有限元分析法,应用有限元软件研究了盾构推进过程中开挖面土仓压力的变化对周围土体变形的影响情况,并将数值模拟结果与实测结果进行了对比分析,得到了开挖面土仓压力的变化对工作面上土体以及盾构前方地表的影响的变形规律。分析结果表明:盾构推进引起的地表竖向位移最大值分布于隧道轴线上;开挖时开挖面土仓压力应控制在2.4bar～2.8bar;土仓压力过大会导致前方地表产生隆起,所以土仓压力不宜大于2.8bar。     

新建轨道线区间隧道下穿既有线路变形影响分析

以武汉新建轨道交通12号线盾构区间下穿既有2号线长～汉盾构区间为工程背景,采用三维数值模拟分析新建线路施工对既有轨道交通变形的影响。研究结果表明：盾构掘进施工对既有结构及线路影响较小,盾构隧道贯通后区间结构最大竖向位移为–4.96 mm,最大水平位移为0.309 mm,2号线盾构区间累计最大沉降量为–2.86 mm,区间结构变形量和沉降量在相关规范控制范围内,满足区间安全运营要求。通过设计上加强管片配筋、增加注浆孔,隧道施工中加强掘进参数控制和及时同步注浆,加强二次注浆,同时对2号线长港路站—汉口火车站区间设置监测点,指导施工,保证地铁安全运营。