地铁盾构隧道引起邻近燃气管线变形规律研究

为探究地铁盾构隧道引起邻近燃气管线变形规律,以济南某城市交通区间盾构隧道为工程背景,分析管线沉降变形的5个阶段以及盾构施工引起管线沉降的主要因素,并基于Peck经验公式对盾构施工引起燃气管道周边地层移动情况进行理论计算,预测管道本身变形与三维有限元数值模型结果结合,共同揭示地铁盾构隧道引起邻近燃气管线变形规律。研究表明：盾构施工对燃气管线的影响因素主要为盾构掌子面平衡压力和盾尾注浆压力;引用Peck经验公式对盾构施工引起燃气管道周边地层移动情况理论计算结果为2.5～10.2 mm,可预测管线变形较小;在掌子面平衡压力150 kPa、注浆压力300 kPa情况下,发现燃气管道最大竖向沉降值出现在盾构工作面推过后13.5 m位置。     

厚硬岩层盾构隧道施工对地下管线影响分析

地铁盾构施工可能造成地下埋藏管线变形损坏。为预测盾构隧道施工穿过厚硬岩层时对地下埋藏管线的影响,以大连地铁201标段某区间隧道横穿马兰河床段为研究对象,对盾构施工引起地下埋藏管线影响状况进行研究。首先,基于FLAC^3D数值仿真,构建了坚硬岩层盾构施工隧道及其支护结构数值模型;然后,应用有限差分数方法对盾构施工地表沉降规律及其对地下管线随掘进过程的变形方式和程度进行分析,进而找出地下埋藏管线变形规律。研究结果表明,两组管线监测点的变形规律趋于一致,即50 m长的盾构开挖施工过程仿真中,均出现了稳定期、临界点和变形期;地下排水管线在X、Y、Z三向监测点均有变形产生,较严重变形出现在管线与地表垂直方向。本研究为掌握盾构施工对地下管线影响、提高施工安全可靠性,具有重要指导作用。     

岩溶地层地铁盾构施工引起地下管线变形规律分析

岩溶地层修建地下工程往往会遇到岩溶溶洞等不良地质条件,严重影响了工程建设成效和安全。虽然采用注浆加固方法填充了部分岩溶溶洞起到了地层稳定性加固作用,但是地铁盾构施工依旧对于地层之中的既有结构物产生影响,严重者易造成结构沉降开裂。为此,本文依托深圳地铁16号线穿越岩溶地层段龙南-龙东村盾构区间工程,针对盾构侧穿地下管线引起结构变形问题,采用现场监测方法,研究岩溶地层地铁盾构侧穿地下管线过程中管线结构的变形规律与防控方法,为类似工程提出参考建议。     

富水圆砾地层地铁盾构隧道施工对地下管线变形影响规律及控制措施研究

以南宁地铁5号线某区间为研究对象,运用变形理论分析、现场监测数据和数值模拟相结合的方法进行研究,采用数值模拟软件模拟盾构施工过程,分析不同盾构掘进参数对沉降的影响大小,建立盾构施工参数与沉降的关系,通过与实测数据的对比分析,总结在富水圆砾地层地铁盾构施工过程中地下管线的变形规律,提出类似的富水圆砾地层盾构法施工的沉降控制措施,为类似项目施工提供参考依据。     

邻近管线的类矩形盾构隧道施工室内模型试验研究

关于盾构隧道施工引起管线变形和土层沉降的影响,相对于传统圆形盾构,类矩形盾构施工的研究较为少见,具有一定的新颖性。针对类矩形盾构隧道施工对邻近地下管线及土体沉降的影响,采用室内缩尺寸模型试验,考虑正常管线,非连续管线,非连续破损管线以及4种不同深度处的土体沉降的因素,分析砂土地层中,在管隧垂直工况下,类矩形盾构隧道开挖对地下管线变形及土体沉降的影响。试验结果表明:几种形式的地下管线沉降变形规律一致,均关于隧道轴线对称,呈"V"型分布;非连续管线最大沉降小于连续管线,管线两端在隧道宽度范围外的沉降大于连续管线;非连续管线弯矩变化趋势比连续管线缓和,最大正负弯矩值均小于连续管线;非连续破损管线在管线两侧负向弯矩变化较大;深层土体沉降符合高斯分布,土体最大沉降随土层埋深增加呈正比关系增大。     

论地铁盾构施工对上部管线的影响

为了对地铁盾构施工对上部管线产生的影响进行研究,以某地铁隧道工程为研究背景,利用先进的软件全面监测隧道盾构施工引起的地层变化和应力情况,并进行针对性的模拟,从研究结果中充分证明地铁盾构施工会对上部管线产生沉降和变形,在整个施工过程中为了保证上部管线的安全性,必须对地铁盾构施工更加重视,避免地铁盾构施工对上部管线产生严重的影响,保证工程的顺利进行。     

叠线盾构隧道并行下穿燃气管线影响分析

以郑州某区间叠线盾构施工下穿并行燃气管线为研究背景,用数值模拟还原现场施工与控制,如掘进动态参数、施工加固和克泥效填充等。在三维有限元模型,对盾构土仓压力、同步注浆量、掌子面压力、千斤顶反力等直接指导盾构施工参数模拟,并结合现场测量分析施工过程中燃气管线的变形受力特征。结果表明:叠线盾构隧道呈现出深V型的地表沉降槽,最大沉降值为22.31 mm;左线施工完成之后管线最大沉降值约为1.68 mm;右线施工完成之后管线最大沉降约9.74 mm。先行左线单独施工时管线沉降量较小,各测点基本处于3 mm内,并且部分测点开始时出现隆起,随着右线掘进开始,管线出现持续性沉降增加;管线变形受叠线盾构施工二次扰动的影响明显,克泥效能明显改善管线整体变形。     

污水管线改造工程对既有盾构隧道变形影响

污水管线改造过程中可能存在土体开挖,土体开挖可能对邻近盾构隧道的变形产生不利影响,文中以某市污水管线改造工程对既有盾构隧道的变形影响为例,采用数值模拟分析法,通过对邻近盾构隧道的不同污水管线开挖施工方案的仿真分析,得到土体总开挖量与盾构隧道最大变形的相互关系,并且利用其规律提出污水管线改造的优化方案,为类似污水管线改造工程提供便捷的设计与施工指导。     

盾构隧道近接在建暗挖隧道施工变形监测分析

文章以兰州地铁2号线盾构隧道近接在建暗挖隧道施工为背景,结合地表沉降、附近建筑物沉降和地下管线沉降监测数据,对富水强风化粉砂岩和砂卵石复合地层下盾构隧道近接暗挖隧道施工变形进行了分析。结果表明：监测断面处靠近盾构隧道侧变形较大,远离侧变形较小;建筑物靠近路线外侧沉降平均值更大,为8 mm;靠近线路内侧沉降平均值较小,为3 mm;地下管线靠近盾构隧道侧沉降值最大为26mm,远离盾构隧道侧最大沉降值为10 mm。建筑物沉降值和地下管线沉降值均远小于地表沉降值,表明建筑物和地下管线均可抵消部分地层变形影响。监测数据均在设计要求之内,表明暗挖区域洞内深孔WSS注浆、盾构管片增加环向支撑等加固措施可以有效提高隧道和地层的稳定性。     

基于FLAC 3D地铁盾构施工地层竖向变形研究

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法。为了预测盾构施工地铁隧道时隧道地层变形情况,采用FLAC3D岩土模拟软件对地铁穿越富水砂卵石地层进行模拟分析,可对类似工程有所助益。     

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。     

小转弯半径曲线盾构隧道开挖引发地表沉降计算

小转弯半径曲线盾构隧道施工引发的地表沉降变形规律极为复杂,但相应的变形预测解析公式仍未明确.依据前人研究成果,构建曲线段盾构隧道施工的地层损失模型,基于镜像法及Mindlin解,推导曲线盾构隧道开挖引发地表沉降的计算公式,并将其应用于工程实例计算,最后分析曲线盾构隧道施工引发地表变形规律及其影响因素.研究表明:构建的小...     

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。     

EPB盾构信息化管理系统在广州地铁的应用

针对广州地铁二号线赤岗-鹭江区间盾构隧道工程,在分析盾构法隧道施工过程以及工程特点、施工扰动引起周围土体变形的规律、土压平衡盾构各种施工参数对施工变形的影响程度、盾构隧道土体及相关构筑物的沉降监测方法的基础上,对盾构隧道工程数据进行合理的分类,开发了“盾构隧道施工多媒体监控与仿真系统”软件。建立了工程信息数据库、施工监控与施工参数自动采集、地面沉降预测、盾构施工参数控制和地表沉降三维可视化显示等功能,通过多种数据查询器对工程信息实行集中维护和查询,进行地层及相关构筑物和管线沉降的预测、报警,并根据监测数据对盾构施工参数进行控制。     

南京典型地层盾构隧道地表沉降分析

以江苏省南京市宁和城际TA03标段铁—春盾构区间隧道为例,结合现场实测地表沉降数据,对南京典型地层下盾构施工引起的地表沉降规律进行了分析。结果表明,地表沉降受地层稳定性影响较大,硬质地层占比越高,地层稳定性越好,盾构施工产生的地表沉降值越小;地层稳定性越高,纵向地表由隆起变形转为沉降变形的速度越慢。     

盾构掘进地层变形分析与控制

盾构在城市地铁施工中因穿越城市中心区及重要建(构)筑物,使得地层变形控制成为盾构施工过程中的一个关键问题。从盾构施工过程中地层变形的特点着手,通过地层变形原因分析,并结合北京地铁5号线的工程实践,提出了盾构施工过程中地层变形的控制措施。希望能为盾构施工的同行提供参考。     

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.     

遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起地层沉降分析

 地铁隧道施工诱发的土体沉降以及临近地下构筑物变形是我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中较为关心的一类施工问题。目前,针对该领域地层沉降的简化理论研究还仅仅针对自由位移场,没有考虑临近既有构筑物的遮拦效应影响。依托上海在建地铁施工工程实践,采用简化理论方法、三维有限元数值模拟方法以及现场监测方法,分析考虑运营隧道遮拦效应影响的土压平衡盾构施工引起的周围土体沉降规律,并与自由位移场条件下盾构施工引起的地层变形进行对比分析;在此基础上,给出地铁盾构复杂叠交穿越引起的临近地铁隧道的变形规律。研究表明,本文提出的简化理论方法和三维有限元数值模拟方法可以较好地模拟遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起的地层沉降变形;临近既有建(构)筑物施工,盾构施工引起的周围土体沉降较大程度地受到遮拦效应影响,与自由位移场条件下的计算结果对比存在较大差别。最后,结合盾构施工监测数据,提出复杂遮拦叠交效应下的盾构叠交施工变形控制技术措施。成果可为合理制定施工场地存在复杂建(构)筑物工况条件的地铁隧道开挖对周围环境保护措施提供一定的理论依据。     

城市隧道施工地层变形时空统一预测理论及应用研究

随着中国城市建设的快速发展,城市地铁、市政道路隧道、各种市政地下隧道在城市中也得到了很大的发展.由于城市中建筑物和地下管线密布,隧道施工将不可避免的引起周边地层的移动和变形,并可能对已有建筑管线设施产生不利影响.在前人研究的基础上,从隧道施工引起的地层移动与变形的机制出发,以随机介质理论为基础,并结合土体固结压密理论以及Mindlin弹性理论等,考虑隧道开挖地层移动与变形的时间-空间发展过程,系统的对城市隧道矿山法及盾构法施工引起的地层移动与变形的相关问题进行了研究,推导了相应的计算公式,并从理论角度探讨了隧道施工地层变形的影响因素及其影响程度.最后结合概率理论探讨了地层变形计算的可靠性,主要完成了以下研究内容:博士学位论文(1) 以随机介质理论为基础,从单元开挖引起的地层变形出发,建立了能考虑隧道反复施工停工、隧道掘进速度变化、隧道地质条件变化、单隧道多分部开挖、多隧道平行或交叠施工及半无限开挖等多种不同施工条件下地层变形的时间-空间统一计算公式,真正实现了对地层变形时空过程的实时预测.(2) 研究了隧道施工地层变形计算参数的确定方法,分析了隧道洞内收敛变形的时间过程,提出了因隧道洞内监测滞后所造成的数据缺失问题的处理方法,确定了隧道洞内地层损失的具体计算方法,进一步研究了地层变形计算参数的动态反分析方法.(3) 针对不同的隧道开挖横断面形状,推导了圆形隧道、椭圆形隧道、马蹄形隧道以及其他任意形状隧道施工引起的地层变形的具体计算公式,并从满足工程应用的角度出发,提出了隧道施工地层变形计算的简化方法.(4) 探讨了岩土降水引起的地层有效应力的时空变化过程,从单元有效应力变化引起的单元体积变化出发,推导了单元土体疏水压缩引起的地层变形计算公式,并进一步讨论了在隧道开挖的同时导致土层部分疏水情况下地层变形时空过程的具体计算方法,解决了疏水引起的地层变形时空过程的计算问题.(5) 从经典的Mindlin弹性理论公式出发,考虑盾构施工推进过程中盾构机位置不断变化的实际情况,建立了盾构施工推进过程的力学计算模型,由此推导了盾构推进工作面附加压力以及盾构机外壁与土层摩擦力作用下隧道周边地层变形的计算公式,解决了盾构法施工隧道工作面附近地层变形在时间和空间上的准确计算问题.(6) 考虑隧道施工过程中地层参数、施工参数等对隧道周边地层变形的随机性影响.将可靠度理论、随机介质理论以及其他相关理论相结合,研究了隧道施工地层变形计算的可靠性;同时针对目前相关计算参数的统计资料还比较欠缺的实际情况,利用蒙特卡罗(Monte Carlo)理论通过计算机对随机变量进行取样,实现了按可靠度理论对地层变形进行具体计算.(7) 根据理论研究成果,采用VC 6.0和MATLAB联合编程的方法,编制开发了地层变形时空统一计算软件.该软件能实现矿山法隧道、盾构法隧道多分部施工以及施工降水等引起的地层变形的确定性计算、可靠性计算和多维图形显示,并具有计算参数反分析和存储功能,多个工程实例的计算验证了程序的可靠性.(8) 讨论了隧道纵向施工分部前后间距,对向(背)向施工、横断面施工分块、施工掘进速度、地下水位降深和降水井距隧道距离进行研究,盾构隧道工作面附加压力、壳壁与土层摩擦力等施工因素影响下地层变形的时空变化规律,为隧道施工中采取工程措施控制地层变形,保护隧道周边建筑管线设施的安全提供了依据.     

盾构隧道近距离下穿输水管线变形控制技术

地铁隧道盾构施工过程中近距离下穿各类管线是安全控制的重点,文章研究以沈阳地铁十号线桑林子车辆段出入线盾构工程近距离下穿大伙房输水管线为例,基于该管线的变形控制值,通过盾体与土体之间的空隙分别填充膨润土和克泥效时引起的变形比较,提出中盾末段注入克泥效对盾构隧道通过管线时沉降进行控制的方案。现场应用期间,变形监测结果表明管线整体沉降值和差异化沉降值均在预期目标值允许范围内,有效地控制盾构机通过土体时发生的地层沉降,取得了良好的施工效果。