新建隧道斜交下穿既有盾构隧道的变形分析

随着轨道交通的迅猛发展,地铁隧道之间相互穿越不可避免,既有地铁结构随着新线施工的附加变形发展规律成为目前地下工程建设的热点问题。本文结合北京某浅埋暗挖法隧道斜交下穿既有盾构隧道工程的施工和监测,分析了斜交下穿施工各阶段既有盾构隧道的变形规律,提出既有盾构隧道沉降理论公式,并且基于提出的理论公式及沉降实测数据进行拟合分析,得到既有盾构隧道沉降曲线的地层损失率为0.013%～0.948%,基本处于天然地层数值范围内的较低水平。增大拱脚受力面积的施工辅助措施对控制地层损失率有一定作用,既有盾构隧道沉降槽宽度参数为1.13～16.96,远大于天然地层数值,根据拟合值及以往地层经验参数给出穿越各阶段既有盾构隧道的沉降公式的相关参数的建议值。通过监测数据分析发现,穿越施工既有盾构隧道变形以沉降为主,呈现“双凹槽状”纵向柔性变形特征,且主要发生在上台阶穿越施工期间,水平位移相对较小,盾构隧道椭圆度变化与竖向净距有一定关系。     

正交下穿施工对上部既有隧道安全的影响研究

本文首先对新建隧道下穿上部既有地铁隧道的类型进行了划分,对此类工程既有隧道的变形特征进行了总结。进而,在假定隧道正交下穿施工引起的地层沉降槽符合高斯曲线、既有隧道与周边地层的变形趋势一致的基础上,基于弹性地基梁模型,推导了计算既有隧道受新建隧道垂直下穿施工影响而产生的纵向沉降曲线表达式、纵向应力计算公式以及既有隧道所能承受的极限沉降表达式。形成了定量评价新建隧道垂直下穿施工对上部既有地铁隧道纵向变形和内力影响的理论计算方法和思路。通过与具体工程实例监测结果的对比分析,上述方法所得计算结果与实测值吻合较好,可以满足工程使用要求,对今后类似工程的设计和施工很有借鉴意义。     

小净距隧道群下穿既有运营隧道离心模型试验研究

以深圳地铁7号线、9号线四条小净距隧道近距离下穿既有地铁1号线工程为研究背景,通过离心模型试验方法,分析了小净距隧道群施工对周围土体应力影响规律,揭示了盾构多次近距离穿越施工引起既有线变形及受力变化机理。研究表明:(1)小净距四线隧道开挖具有明显的"群洞效应",隧道群的形成会导致松动区扩大、土拱向上扩展,从而引起新建隧道承受竖向土压力增加;(2)既有隧道沉降随穿越次数的增多而增大,最终沉降为4次穿越叠加的结果,峰值位置基本位于4条隧道中心线正上方,盾构隧道每次穿越引起沉降增幅为13%~48%,穿越区域横向影响范围可达60 m以上;(3)新建隧道的开挖对既有隧道环向弯矩的影响不大,弯矩变化不超过10%,而对既有隧道纵向弯矩影响较大,随着穿越次数增加纵向弯矩明显增大,这也是隧道下穿施工引起纵向裂缝和渗漏水的主要原因。结合数值模拟计算进行对比分析,得到规律与试验相一致,进一步验证了试验结果对实际工程的可靠性。     

北京地区浅埋暗挖法下穿施工既有隧道变形特点及预测

 城市地下工程建设中,新建隧道近距离下穿施工对既有隧道造成的扰动不可避免。正确分析及可靠预计既有隧道变形成为目前地下工程建设的热点问题。在预测隧道开挖引起的地表位移的经验法中,Peck公式最简便,应用也最为广泛。搜集北京地区10个近接下穿工程23组数据,对既有隧道实测变形进行拟合,发现绝大多数符合Peck公式分布规律。拟合得到地层损失率为0.116%～1.183%,沉降槽宽度系数为0.93～6.76。讨论新建隧道施工工法、辅助施工方法、新建隧道与既有隧道的埋深、既有隧道刚度、新建隧道双洞间距、变形缝位置等因素对经验参数的影响,给出经验参数的修正公式。将经验参数修正公式与Peck公式相结合,为北京地区受新建隧道下穿施工影响的既有隧道变形提供一个简便、快捷的预测方法,并通过工程实例验证了预测方法的有效性。研究成果可对未来北京同类工程和其他地区近接工程设计和施工提供参考,同时对丰富同类工程数据库具有重要意义。     

盾构隧道小角度斜下穿既有地铁构筑物变形分析

为了探讨新建隧道的施工对既有隧道运营产生的影响,以西安地铁1号线二期工程段工程张后区间斜下穿既有出入为背景,分析了新建盾构隧道斜交下穿施工对既有隧道结构的影响,得到了既有隧道结构变形规律。监测结果表明:既有道床沉降沿整条测线呈现出典型的"沉降槽",沉降峰值位于2条隧道的交叉截面处;既有隧道发生了整体沉降,变形以竖向沉降为主,水平位移远小于竖向位移。     

四线并行盾构隧道下穿火车站股道沉降特征研究

为了探究南宁地铁1,2号线四线并行盾构下穿火车站股道的沉降特征,建立基于叠加技术的Peck公式。利用Peck公式,分别计算每条隧道引起股道附加沉降,叠加各条曲线得到的沉降槽作为四线并行盾构掘进引起的股道总沉降,并分析2号线盾构施工沉降超限的原因。结果表明:叠加技术能够应用于四线盾构隧道引起股道沉降的计算,叠加得到的总沉降与自动化监测的结果基本一致,后行隧道引起的附加沉降槽的轴线向四线隧道中线发生偏移,但总的沉降槽轴线处于四线隧道中线处;给出富水圆砾地层中盾构推进导致地表沉降槽宽度系数范围,建议四线并行盾构隧道下穿重要风险源时,地层损失率控制在0.4%以内;泥岩的存在导致了2号线盾构在穿越13股道和11股道时发生沉降超限,合理提高开挖面泥水压力并减小压力波动,减缓盾构掘进速度并适当提高注浆压力是控制沉降的关键。     

盾构下穿北京地下国铁直径线分阶段变形响应分析

盾构穿越既有隧道的施工风险控制一直是城市地铁建设面临的难题也是研究的热点。针对盾构下穿既有大直径隧道工程施工风险控制难题,以北京地铁8号线王府井站—前门站区间盾构下穿国铁直径线为工程背景,建立了三维数值模型,采用FLAC3D有限元差分软件进行计算,并将既有隧道的变形分为5个阶段,对每个阶段的沉降影响进行了评估,最后将模拟数据与实测数据进行对比分析,以此验证该模型的有效性。研究结果表明:不同下穿阶段中,阶段3对既有隧道变形影响最为显著,受刀盘开挖、盾体通过、盾尾脱出三重因素的影响,该阶段内既有隧道的沉降占比最大;竖直方向上,既有隧道拱顶呈“V”型沉降槽,拱底呈“W”型沉降槽;水平方向上,下穿段正上方既有隧道发生向隧道内侧收敛的现象,并距新建隧道轴线越远,收敛现象逐渐减弱。     

盾构隧道下穿既有隧道地面变形分析

以郑州地铁工程为背景,研究盾构隧道下穿既有隧道引起的地表变形。基于地层沉降经验公式——Peck公式的预测结果,结合施工现场监测数据分析结果,将两者进行对比,从而得到地表沉降监测断面的累计沉降曲线,与Peck经验公式计算得到的沉降槽曲线变化规律相同,符合地表沉降变形规律,即微小沉降阶段、急剧沉降阶段、缓慢沉降阶段、沉降稳定阶段。可以通过该理论预测更好地控制隧道沉降和收敛变形,保持均衡、连续的盾构推进,减少因盾构停顿造成的地面、隧道沉降。     

既有地下结构受下穿施工影响的力学响应与安全控制研究

北京地区下穿工程中,新建隧道断面及施工方法种类众多、地层条件复杂、既有结构形式多样,有极其复杂的组合关系,目前尚无对既有结构力学响应的系统分析。通过北京地区13个下穿工程案例,总结了新建隧道结构形式及施工措施,明确既有地下结构变形特点,采用两阶段法分析及预测了各因素影响下既有地下结构的力学响应。研究表明:(1)新建隧道包括市政管道、地铁区间及车站,常见的施工方法有多导洞法、台阶法,洞桩托换法和中洞法,新建隧道开挖面积与施工方法有较明确的对应关系。(2)既有地下结构实测最大沉降概率分布符合数学期望4.89,方差16.4的正态分布。其中,新建市政管道、地铁区间和地铁车站下穿施工引起的既有地下结构平均最大沉降分别为2.56,3.82,11.07 mm。(3)根据新旧隧道空间位置关系的不同,穿越工程可分为7种组合,其中,既有地下结构力学响应有V,U,W 3种模式。(4)严格控制新建隧道开挖面积,不留或少留间隔土,尽可能选择W型穿越模式,以此减小对既有地下结构的扰动。     

盾构隧道下穿既有隧道施工影响的三维数值模拟

地铁隧道的交叉穿越是地下工程领域前沿研究课题之一。隧道开挖施工引起地层位移进而会引起附近既有隧道或其他各类结构的变形,甚至造成灾害。结合广州地铁交叉隧道工程实例,利用三维有限元方法对新建隧道盾构施工进行建模分析,研究了交叉隧道盾构施工对既有隧道位移的影响。结果表明,由于既有隧道的存在,新建隧道盾构施工引起既有隧道产生不均匀沉降和水平位移,分布曲线均符合正态分布。     

新建隧道盾构施工引起邻近地铁隧道沉降分析

以广深港客运专线隧道盾构施工、下穿深圳地铁3号线既有隧道为工程背景,利用FLAC3D软件进行施工过程模拟。探讨了施工过程中新建隧道周边地层位移、既有隧道地面、底部沉降的分布性状以及新建与既有隧道的安全。结果表明,最大沉降点都位于新建与既有隧道的中心线上,沉降分布以各自中心线为对称轴呈左右对称性状,在本地质条件和特定盾构推力情况下,地面沉降和隆起满足要求,既有隧道结构底板沉降满足运营要求。     

基于PFC的盾构穿越既有隧道稳定性分析

新建隧道近距离穿越既有地铁隧道时,不但会诱发地表沉降,并且对既有地铁隧道也将产生不利影响。针对盾构近距离下穿既有隧道施工,构建二维颗粒流数值模型,研究新建盾构隧道近距离下穿既有隧道开挖面破坏形态、支护力与开挖位移关系、纵向地表变形及既有隧道周围土压力分布模式。研究表明:盾构开挖面支护压力随着开挖面位移的增加呈现先增加后减小的趋势,由于既有隧道的存在,开挖面逐渐远离既有隧道时,盾构开挖面支护压力较开挖面逐渐接近既有隧道时大。最大地表纵向沉降值出现在距离既有隧道中心2D范围内,随着盾构推进,新建隧道管片上方土压力表现为平缓增加的趋势,当远离既有隧道时,隧道上方水平土压力整体逐渐增加,盾构开挖面前方区域沿深度方向的土压力呈显著的非线性分布。研究成果可为今后此类施工提供理论依据和指导。     

过江盾构隧道穿越大堤的地层沉降分析及控制

对杭州庆春路过江盾构隧道施工引起的地表沉降实测数据进行了分析,采用Peck公式对横向地表沉降曲线进行拟合,并对大堤和其他断面地表沉降进行了对比。分析结果表明：盾构在大堤下施工引起的地表沉降更大,原因是盾构施工对周围土体的扰动、大堤结构的复杂性、堤顶车辆对土体施加的循环荷载及降雨等共同作用使堤顶沉降加剧;验证了Peck公式在杭州地区软土地层中预测盾构施工引起地表沉降的适用性,其中地表沉降槽宽度参数K取值范围为0.25～0.31,地层损失率η的取值范围为0.10%～0.34%;结合工程实践,提出了泥水平衡盾构穿越大堤控制地表沉降的措施。     

富水砂层盾构下穿高铁涵洞变形规律研究

针对西安地铁4号线尚新路-北客站区间盾构隧道下穿西宝客专涵洞工程,利用三维有限元软件对盾构下穿高铁涵洞施工过程进行数值模拟,分析了盾构掘进施工对地表沉降和高铁涵洞结构的影响情况。结果表明:盾构下穿高铁涵洞施工,地表最大沉降发生在左右线中间正上方位置,横向地表沉降符合Peck沉降曲线,沉降槽两端出现地表略微隆起现象;盾构掘进至涵洞下方时,仅位于掌子面上方的涵洞结构变形明显;盾构掘进至左线贯通时,涵洞结构整体产生明显变形且最大变形发生在左线正上方;盾构掘进至右线贯通时,涵洞结构最大变形发生在左右线中间位置。依据工程经验及数值模拟结果,提出了控制高铁涵洞结构沉降的专项措施,并通过现场监测进行了对比验证。     

软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离穿越既有隧道的影响问题,比常规盾构施工的研究更为复杂。结合上海外滩通道盾构上穿越地铁 2 号线工程,采用离心模型试验与现场实测相结合的方法对盾构上穿越对周围地层及既有隧道的影响进行了研究。文中选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在国内首次实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程,并分析了盾构上穿越施工引起的地层、新建隧道与既有隧道的纵向位移变化规律。通过现场实测数据分析了既有隧道在盾构上穿越过程中纵向变形与时程曲线的变化规律。     

盾构近工作井段小间距下穿已运营地铁施工技术

以上海地铁15号线工程土建14标盾构区间施工经验为例,对盾构近工作井段小间距下穿已运营地铁的施工技术进行研究。总结盾构下穿期间确保既有隧道安全运营的有效施工经验,以控制盾构施工对运营隧道结构的影响。该工程穿越后既有隧道结构沉降控制在±3 mm以内并且已经收敛稳定,可为今后土压平衡盾构穿越各种难点建构筑物的施工提供参考。     

地铁盾构隧道穿越大直径越江隧道的影响分析

新建盾构隧道近距离穿越既有隧道时,会对既有隧道结构产生影响。针对地铁盾构隧道下穿大直径越江隧道,在充分考虑衬砌的横观各向同性性质、盾构施工开挖面的支撑力、同步注浆压力、扰动层厚度等因素的基础上,应用三维有限元数值方法,研究了新建盾构隧道施工引起既有越江隧道的变形以及内力的变化规律,同时获得了越江隧道的影响范围。研究结果表明,越江隧道的最大沉降及侧移发生在对称面上,并且对侧移的影响较小;越江隧道经历了加载、卸载、再加载的过程;影响范围集中在垂直于越江隧道轴线方向盾构穿越前2D、穿越后2D的范围内。     

大断面矩形顶管近距离双线并行施工引发地表沉降分析

以郑州市纬四路—商务西三街下穿中州大道顶管工程为例,采用理论分析、数值计算和现场监测等手段,初步总结了大断面矩形顶管近距离双线并行施工所引发的地表沉降特征,主要结论如下:地表沉降主要发生在切口到达及顶管通过的过程中,当切口距测点23m时,沉降基本稳定,最大沉降量约为17~27mm;地表横向沉降曲线基本符合Peck公式,沉降槽半宽度约为1.5D。     

软土地区盾构掘进引起的深层位移场分布规律

 在城市环境中,如何预测和控制盾构掘进引起的地层移动以保证地下既有构筑物的安全,是设计和施工亟待解决的技术问题。以上海某盾构隧道施工段为工程背景,应用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究盾构掘进施工引起周围地层位移场的分布规律。研究结果表明：盾构掘进对周围地层位移场的影响主要分为接近、穿越和远离测孔3个阶段。在盾构掘进接近和穿越阶段,隧道侧向土体以隆起、沿盾构掘进方向向前和向隧道外侧的位移为主;在远离阶段,侧向土体则发生沉降、向前和向隧道内的三维运动趋势。由于该工程隧道埋深大,隧道中心上方土体主要发生沉降和向前的位移趋势。根据数值计算所得隧道上方不同深度土层的横向沉降槽曲线,建立用于预测隧道上方深层土体沉降的修正Peck公式,计算结果与数值结果吻合较好。     

盾构隧道斜交下穿地铁车站的影响与监测研究

 结合工程实例对盾构隧道斜交下穿既有地铁车站的相互影响进行分析,同时通过穿越过程中的施工参数、结构变形监测数据等方面的分析,研究穿越中关键施工参数的选取和对既有车站的影响。控制盾构掘进参数,合理设定推进力、推进速度和土压力,加强同步注浆和二次补浆是控制既有地铁结构变形的有效措施。另外,通过实测数据分析总结既有车站结构变形规律,此次一端斜交下穿使得既有结构变形由垂直下沉变为扭转下沉,结构侧墙半槽形沉降曲线表明结构变形对列车的行车安全造成很不利的影响。研究结果为今后类似的下穿既有地铁设计和施工提供了参考。