新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降分析

相比直线线路盾构施工,新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂,且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段,结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解,考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响,计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解;第2阶段,将土体竖向位移视为位移荷载,施加在既有隧道上,基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论,构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程,运用有限差分法对方程降阶并求解。最后,与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性,并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明：新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性,最大沉降位置位于弯道内侧1～2 m处,与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R₀会增加既有隧道沉降,弯道内侧沉降增速大于弯道外侧,一般要求R₀不小于300 m;当R₀大于600 m时,可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降,沉降增加速度也随D′的增大而增大,但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Z_c会减少既有隧道沉降。     

浅埋隧道暗开挖对穿越高速公路安全影响数值计算研究

以徐州城市轨道交通某浅埋暗挖隧道下穿高速公路工程为例,为降低矿山法施工对高速路基路面沉降的影响,采用FLAC3D数值模拟软件对入段线、出段线隧道施工全过程进行了模拟.结果表明:入段线、出段线隧道开挖引起的高速沉降最大值为7.48 mm,位于入段线路中,隧道开挖沿高速纵向形成沉降槽,沉降槽范围为隧道中心线两侧各约25 m范围内,高速路受影响较大的区域为线路中线两侧各15 m范围,上覆路基没有产生超限沉降.针对数值计算结果制定了控制下穿段沉降专项措施,施工监测表明开挖方案降低了对高速路基路面的影响.     

下穿施工时盾构-卵石地层-既有隧道相互作用模型试验研究

以实际工程为背景,设计了具有单一卵石层和2个既有隧道的试验模型.基于自主研发的土压平衡盾构试验平台,开展了卵石地层盾构下穿既有马蹄形隧道和矩形隧道的模型试验.在试验过程中,记录了盾构机的施工动力和排土量,同时监测了试验模型的地表沉降,以及既有隧道的应变和作用在其上的土压力.通过盾构机施工动力和排土量的变化,分析了既有隧道对盾构施工状态的影响.利用盾构下穿过程中盾构排土量的变化,解释了既有隧道周围卵石土体发生塌落破坏的原因.基于实测的地表沉降和作用在既有隧道上土压力的变化规律,揭示了盾构下穿过程中既有隧道与卵石土体的相互作用机理.     

盾构下穿施工对既有隧道变形影响模拟研究

随着城市地下空间的不断开发利用,地铁隧道线路网不断完善,新旧隧道交错而过的现象愈发增多。近距离盾构下穿施工可能会对既有隧道造成一系列不利影响。因此,为研究近距离隧道下穿施工对既有隧道的影响,以南宁某工程为例,通过数值模拟研究了新建隧道盾构下穿施工过程对既有隧道的变形规律影响。模拟结果表明：盾构下穿隧道施工引起既有隧道的变形以沉降变形为主,扭转变形为辅;随着新建隧道的不断推进,临近既有隧道6 m范围内沉降变化率最大,此时既有隧道最为危险,风险系数最大;新建隧道盾构施工穿越既有隧道后,由于时空效应既有隧道沉降会继续发育,直至达到最大沉降值13.0 mm;穿越过程中既有隧道扭转变形量先增大后减小,最后趋于稳定。     

盾构隧道下穿既有电力隧道影响分析和控制措施

以重庆市轨道交通15号线二期工程为依托,分析盾构隧道近距离下穿既有电力隧道产生的影响,并提出相应的加固措施。运用有限元软件Midas GTS Nx建立盾构隧道与既有电力隧道三维模型,分析对电力隧道周围土体预注浆加固前后两种工况下盾构施工对电力隧道产生的影响,并将有限元模拟结果与理论计算结果进行对比验证。结果表明：在盾构隧道下穿施工前,对既有电力隧道周围土体采取预注浆加固措施,能够有效降低盾构施工对既有电力隧道产生的影响;隧道贯通后,加固工况土体沉降最大值比未加固工况降低51.9%,降幅明显;两种工况下盾构施工引起的电力隧道侧移累计值降低75.1%;土体沉降理论解和有限元模拟解基本吻合,证明了有限元模拟的合理性以及预注浆加固措施的有效性和可靠性。     

盾构隧道下穿既有城市隧道施工力学分析

针对合肥地铁1号线盾构下穿南一环下穿隧道工程存在的安全风险,运用 FLAC3D实现了隧道盾构开挖的模拟,分析了盾构推进过程中下穿隧道结构以及在建隧道应力应变分布规律。研究表明：盾构机在监测断面前后20m范围内掘进对下穿结构竖向位移和拱顶沉降影响最大,处于盾构隧道上方及中心线上的监测点沉降变形较大;下穿隧道的底板南北侧出现拉应力,拉应力最大值达到1.088MPa。开挖结束,盾构隧洞周围土体最大隆起位移为6.22mm,最大沉降为4.96mm;最终两个隧洞周围土体位移分布规律基本一致。拱顶沉降随开挖的变化规律与监测点相似。根据模拟结果提出的施工防护措施有效,沉降实测值均在预警值以下,模拟结果与实测结果规律基本一致,模拟效果较好。     

盾构隧道的近接施工对已建隧道产生的影响

为了研究天津市软土地区新建盾构隧道近接施工对已建隧道产生的影响,以天津地铁某区间最小净距为0.98 m的双线盾构隧道开挖工程为背景,采用有限元软件刚度迁移法,分析了在土体局部加固的情况下新建隧道掘进过程对已建隧道周围土体位移及衬砌内力与变形的影响,并将地表变形计算结果与实测数据进行了对比分析.结果表明:在注浆加固条件下,已建隧道的位移及内力都有较大程度的降低,但在加固区与未加固区交界附近可产生一定的突变,在现场施工时该段范围应重点监控.     

地铁盾构隧道近距离下穿砖木结构建筑的变形控制研究

以天津地铁盾构区间隧道近距离下穿某砖木结构风貌建筑为背景,采用PKPM软件预判和现场监测相结合的方法,对新建隧道施工所引起的邻近砖木结构风貌建筑物的沉降进行深入研究.分析了盾构下穿建筑物前、下穿过程及离开后3个不同阶段的建筑物沉降变化情况,并提出了在盾构施工过程中控制结构沉降所采取的必要措施,为今后类似工程提供借鉴.     

软土地层地铁叠交隧道施工加固技术研究

软土地层小净距叠交盾构施工风险较大,为了研究叠交盾构施工对隧道支护结构及地表沉降的影响,以无锡地铁3号线长-机区间隧道叠交下穿出入段线隧道为工程背景,采用FLAC3d有限差分程序进行了计算,结果表明叠交穿越段施工影响较大,地表沉降较大,必须进行洞内外联合加固,加固方案为洞内钢架支撑配合地层注浆加固,经过联合加固后,施工结束叠交段地表沉降量为6.59 mm,符合施工规范要求.     

土体加固范围对既有盾构隧道轨道的影响分析

为分析不同拱顶、拱底和不同横向土体加固范围对既有盾构隧道轨道及轨道高差的影响规律,运用Midas-gts有限元软件结合现场施工,并基于已有盾构隧道施工扰动范围的影响机理,对广州市某盾构隧道斜穿11号线工程进行研究。结果表明:既有轨道的沉降值曲线呈V型,轨道高差曲线呈W型;在一定范围内,相比其他土体加固,横向土体加固对控制既有隧道轨道和轨道高差效果显著,且当横向加固为1倍盾构直径时,既有隧道轨道和轨道高差的控制效果最明显;既有隧道轨道的最大沉降值与拱顶、拱顶+拱底以及横向加固范围呈对数线性关系,与拱底加固范围呈线性关系;盾构隧道扰动范围大致为距既有隧道两侧1倍盾构直径范围,故对盾构隧道两侧土体加固1倍盾构直径,防止隧道结构产生较大变形。     

隧道超前小导管对掌子面稳定性影响分析

以河南省济(源)邵(原)高速公路王坑隧道为工程背景,利用ANSYS软件建立无超前小导管支护和有超前小导管超前支护两种工况下隧道三维有限元计算模型,通过隧道开挖模拟计算分析超前小导管对掌子面稳定性影响.计算结果表明:相对于无超前小导管工况,在有超前小导管工况下掌子面竖向的荷载和竖向应力以及掌子面水平方向位移都有一定程度的减少;改变超前小导管的环向分布范围和管径能够影响超前小导管的支护效果从而改善掌子面的受力情况.以上结果分析表明:超前小导管的存在增强了隧道掌子面的稳定性,使隧道的开挖过程更加安全.     

平顶隧道下穿人防隧道的影响研究

以青岛某段新建平顶隧道下穿"回字形"既有人防隧道为例,采用三维有限元方法对此段隧道的三导洞开挖方式进行数值模拟.开挖过程中引起的人防隧道变形,严重时可能导致地层倒塌,与此同时,由于受既有人防隧道的影响,新建隧道的衬砌可能会受到受力及变形影响、对此进行分析,为设计与施工提出合理建议,也为类似工程施工提供参考.     

高速铁路隧道近接施工对既有市政隧道影响分析

针时成都某新建城际铁路隧道近接下穿既有市政管线隧道的设计和施工方案,运用有限差分法和流固耦合理论,分析研究了降水以及新建隧道施工过程中,上部既有市政管线隧道的受力特性及位移变化规律,研究结果表明:既有管线隧道衬砌结构应力和位移变化及分布规律几乎一致,交叉处界面位移最大,并沿隧道纵向向两端逐渐减小且呈对称分布;交叉处30m范围内,拱顶纵向应力主要为负值即压应力,仰拱纵向应力主要为正值即拉应力;降水施工对上部市政管线隧道的影响远大于新建隧道施工造成的影响,前者所引起的沉降约占75％～80％,后者所引起的沉降约占20％～25％;降水施工所引起的纵向最大拉应力为新建隧道施工引起的1.39 ～ 3.39倍.所以,降水施工前应采取一定的特殊辅助措施,以保证降水施工时结构安全性.     

导流洞改建有压突扩泄洪洞研究

龙抬头式泄洪洞是中低水头水电站导流洞改建泄洪洞的常用方式,但其应用受到地形地质条件限制.为解决狭窄河谷地区中低水头导流洞改建泄洪洞的布置和消能问题,通过模型实验和数值模拟并结合具体工程实际,因地制宜的提出有压突扩泄洪洞这种新型式的导流洞改建泄洪洞布置方式.研究结果表明这种方式改建的泄洪洞具有如下特点:水流直接由有压流向无压明渠流转换,流态简单,有压消能和无压消能相结合;平面上洞轴线方向可以根据地形、地质和施工条件灵活选择;工作闸门可以灵活布置;结构简单、施工方便、造价低等.这种方式改建的泄洪洞可用于中低水头大流量泄洪工程,具有较高的推广应用价值.     

导流洞与泄洪洞交汇区域的开挖及支护效应分析

由导流洞改建而成的永久泄洪洞，在堵头末端存在导流洞与泄洞交汇的不利情况。结合紫坪铺2#导流洞工程，运用三维非线性有限元方法，重点研究三种工况条件下该区域岩体的变形和稳定性，揭示了开挖过程中不同支护型式以及导流洞封堵后库水对该区域岩体的作用与影响程度。结果表明：导流洞与泄洪洞交汇区域的岩体应重点支护，锚杆的长度应适当加长，有条件时应进行全断面混凝土衬砌。     

隧道窑生产过程的智能控制

针对燃油隧道窑具有纯滞后、多变量、强耦合的非线性特点,提出了一种基于模糊解耦和输出预测的专家控制的控制策略,将多变量非线性系统分解成多个单回路调节系统,过程实测数据和系统仿真证明了方法的可行性．     

我院爆炸硐室的设计技术

在理论分析、调查研究以及借鉴我院原圆堡形爆炸塔设计经验的基础上，设计了我院的爆炸硐室，其中采取了多项独特的设计技术。该爆炸硐室建成后，其性能测试及几年的实际使用情况表明，这些独特的设计技术是成功的，具有推广价值。     

佛岩寺隧道陡峭大角度斜交进出洞施工技术

佛岩寺隧道为大角度斜交进出洞结构,洞口段坡体陡峭且分布有危岩体,洞口施工与沟底梯子峪特大桥施工交叉作业,施工场地狭小,进出洞施工安全风险较大。为防止边坡危岩坍塌事故,在交叉作业过渡区间设置安全防护措施,在洞顶施做主动防护网加固危岩体;左洞洞口地形与隧道洞身斜交角度大,在洞外施做半边护拱,从右洞通过车行横洞进入左洞,反向掘进小导洞出洞,然后按照三台阶七步开挖初步扩挖成型。通过施工检测数据可知,采用此方案后隧道位移最大值符合规范规定要求,效果显著。本次施工方案有效降低了交叉作业区域的安全风险,保障了洞口段施工的安全和质量。     

光纤光栅隧道火灾探测系统在隧道消防中的应用

隧道火灾有其自身特殊性并且危害很大,根据隧道火灾的特点选用光纤光栅隧道火灾探测系统;该系统使用光纤作为感温元件和信号传输介质,以防灾报警为主要目的。针对隧道消防问题,分析了隧道火灾的危险及隧道火灾的特点,阐述了光纤光栅隧道火灾探测系统的工作原理、系统功能与特点．并结合工程实例介绍了该系统在隧道消防施工中的应用。     

引水式水电站压力引水隧洞最优洞径的探讨

长压力发电引水隧洞的洞径既影响工程的造价。又影响电站的长期运行效益。本文系统分析了涉及隧洞洞径设计的各种复杂因素,建立了优化数学模型,并编制了计算机程序,以某工程为例进行分析,得到满意的结果。本文的研究填补了目前水工建筑物优化设计研究在这方面的不足。