盾构近距离穿越既有地铁隧道变形控制措施研究

盾构近距离穿越既有地铁隧道施工风险较大,需采取专门的变形控制措施来保护既有隧道的结构安全,对变形控制措施展开研究十分必要。从下穿、上穿和夹穿3种工况出发,整理分析目前国内关于变形控制措施的研究现状,介绍不同工况下常见控制措施并进行分类,研究注浆加固、隧道内压重、MJS桩、加强型管片及隧道内支撑等几类常见控制措施的原理,分析其主要研究内容及研究成果,提出现有研究的不足并给出建议。     

盾构穿越软土双圆地铁隧道的变形实测分析

为研究新建盾构穿越软土地区运营双圆地铁隧道过程中既有隧道结构的变形特征,依托上海新建轨道交通14号线云山路站—蓝天路站区间盾构近距离下穿运营中的地铁6号线双圆隧道工程,对既有双圆隧道结构的实时监测数据进行分析,并结合施工过程中的关键控制参数调整,展开探讨。结果表明,新建14号线下穿既有地铁6号线的过程中,既有地铁双圆隧道结构隆沉控制在±2 mm内,满足施工要求,证明了施工控制措施的合理性和有效性。根据穿越过程中的实际施工控制参数,明确了类似工程施工过程中应关注的关键技术参数,即合理设置土仓压力、盾尾注浆量可有效控制施工过程对既有隧道结构变形的不利影响,为后续类似工程提供参考。     

盾构隧道穿越既有桥梁施工变形控制

结合北京市南水北调配套工程东干渠隧道穿越北苑桥主桥工程,对盾构隧道穿越既有桥梁的变形控制措施进行了详细论述,组建了以工前评估、盾构控制、隔离加固、模拟预测、桥梁变形监测为主的桥梁变形控制系统,并结合既有桥梁现场监测结果,验证了变形控制系统的有效性。该控制系统的建立有利于提高北京地区采用盾构法穿越既有桥梁的工程施工质量,为今后类似工程提供一定参考与借鉴。     

盾构穿越引起的既有盾构隧道纵向变形研究

研究既有隧道在新建隧道穿越时产生的响应,提出一种能准确预测既有隧道位移的计算方法。采用目前国内较为先进的转动错台模型,在考虑施工因素的附加荷载作用下,运用最小势能原理对既有盾构隧道在新建隧道穿越时的结构变形进行了分析预测。并分别选取了3个工程实例对新建隧道在不同穿越工况下本文方法的预测准确性进行了验证。研究结果表明:本文方法计算值与实测值较为吻合,能计算出既有隧道的竖向位移、环间的错台量、转角和剪切力,进而判断既有隧道结构的安全状态;既有隧道发生沉降时管片以错台变形为主,转动变形占比较小(约30%)。     

盾构隧道穿越既有建筑物影响分析

通过兰州地铁2号线盾构隧道穿越建筑物施工过程的三维数值模拟,分析地铁隧道施工对地层扰动出现的上部建筑物沉降变形以及盾构隧道管片结构受力安全。研究结果对指导工程设计和施工具有十分重要的意义,也可为类似工程提供参考。     

盾构隧道双层衬砌效果的离心模型试验研究

目前,国内部分盾构隧道采用内部构筑双层衬砌的设计施工方法。增加内衬是提高隧道纵向刚度的一种较好的选择。但内衬的增加会导致隧道自重的增加,对软土地层中隧道的长期沉降产生一定影响。为研究双层衬砌与单层衬砌的区别,本文结合上海某大直径越江隧道工程实例进行了离心模型试验,得出了两种衬砌结构的长期变形特性,评价了双层衬砌的功能,为合理地应用双层衬砌提供参考。     

盾构近距离上穿越对已运营隧道的影响分析

上海市轨道交通8号线穿越2号线区间采用φ6340mm土压平衡式盾构推进.基于现有的理论性成果,根据现场实测数据,对盾构穿越(上穿越)时,已运营隧道变形情况进行分析.证明盾构上穿越对下部隧道产生以隆起变形为主的影响,隆起变形呈抛物线,二次穿越中隧道变形具有叠合效应的规律,运营隧道变形在盾构脱离影响线前无明显变化,之后明显增大,且盾构脱离后变形仍继续发展,通过钢砂加荷使得已运营隧道变形趋于稳定.     

大直径盾构近距离下穿既有隧道风险控制研究

为了减少大直径盾构在砂卵石地层近距离下穿既有地铁隧道的不利影响,以北京地铁08标2#风井～3#风井区间盾构工程为背景,从盾构关键部件改造、试验段掘进参数优化、施工过程中采取的措施等方面研究了砂卵石地层大直径盾构顺利掘进并且有效控制既有地铁隧道变形的控制技术。采用数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了盾构掘进过程中既有地铁隧道的变形分布规律,结果表明采取措施后的结构变形满足水平位移±1mm、垂直位移(沉降)3mm以及综合维修轨道变形±3mm的要求,验证了上述风险控制措施的有效性,该工程的顺利实施可为今后类似工程提供有益的借鉴。     

顶管隧道近距离穿越既有地铁盾构区间设计

结合成都市犀浦镇龙梓万片区电力隧道工程实例,针对顶管隧道施工力学进行了研究,分析了工程设计要点和施工技术控制要领,并对既有地铁盾构区间进行了受力模拟计算和安全性分析,为类似工程积累了一定经验。     

盾构隧道上穿既有隧道的三维数值模拟

文中对上海某轨道交通以斜交形式上穿大直径隧道工程建立三维数值模型.通过模拟上穿过程,得出右线掘进时,地表沉降槽宽4D(在建隧道外径),中心位于推进轴线;右线扰动造成已建隧道沉降占总沉降的80%,侧移占总侧移的45%;两线上穿完毕后,沉降槽中心位于两隧道中心,槽宽约6D,且已建隧道受影响区域为整个沉降槽区域;右线掘进使已...     

盾构隧道引起地层损失和地表沉降的离心模型试验研究

近年来,越来越多的盾构隧道穿越建筑密集区、重点建筑保护区和沉降敏感区,地面沉降的科学预测和合理控制成为亟待解决的问题。地层损失是盾构施工引起地表沉降的主要原因。利用离心模型试验对盾构隧道的地层损失进行了模拟,研究了地层损失与施工期及工后地表沉降的关系。通过量测、分析隧道纵向沉降、纵向应变、隧道周围土压力和超孔隙水压力的变化,研究了隧道的纵向沉降特性。     

近距离多线叠交盾构施工对既有隧道变形的影响研究

针对上海地铁新建11号线先下后上近距离穿越既有4号线,形成三层隧道四线叠交的特殊工况,采用有限元数值模拟和现场监测相结合的方法,考虑既有隧道周围土压力的分布规律,研究了盾构下穿施工时土仓压力和注浆压力以及上穿施工时压重范围和压重量对既有隧道变形的影响。研究结果表明：下穿施工结束时,既有隧道的沉降量不随土仓压力比的改变而改变,但随注浆压力比的减小而增大;上穿施工应采取压重措施预防既有隧道的上浮和局部隆起变形,宜遵循新建隧道同步压重为主,既有隧道压重为辅的原则。     

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。     

密实砂土地层盾构隧道开挖面失稳离心模型试验研究

砂土地层中盾构掘进时,开挖面支护力不足极易导致开挖面失稳事故。通过3种不同隧道埋深比（C/D=0.5,1和2）的离心模型试验对密实砂土地层中盾构隧道开挖面稳定性问题进行了研究。离心试验研究发现,随着开挖面位移的增大,开挖面支护力先减小为极限值而后逐渐增大并最终趋于残余值;开挖面前方土体总体呈现“楔形体+棱柱体”的失稳区;隧道相对浅埋时（如C/D=0.5）,极限状态下失稳区已扩展到地表;隧道相对深埋时（如C/D=1和2）,极限状态下失稳区尚处于地基内部;极限支护力随着隧道埋深比的增大先增加而后基本保持不变。最后,通过现有几种极限支护力理论计算模型对本文试验预测结果的比较分析,评估了上述理论方法的工程适用性。该研究成果对砂土地层中盾构开挖面稳定性控制具有指导意义。     

软黏土中导管架基础水平循环加载离心模型试验

为研究海上风机四腿导管架基础在风、浪等水平循环荷载作用下的受力及变形特性,开展了近海饱和软黏土地基四腿导管架基础水平循环加载离心模型试验。实测获得了水平循环荷载下导管架顶部的位移、基桩顶部的水平位移以及桩身弯矩,并利用实测桩身弯矩推导出桩身变形与桩周土反力。试验结果表明:水平循环荷载作用下导管架顶部的荷载–位移曲线表现出明显的非线性;后排桩的水平位移约为前排桩的80%,且均小于导管架顶部的水平位移,导管架发生了一定角度的倾斜;桩身最大弯矩值出现在泥面下约6D深度处。在此基础上,采用双曲正切型p–y曲线方法拟合试验结果并与API规范作对比,发现API规范p–y曲线的初始刚度和极限土反力均偏小。试验进一步揭示了泥面下5D深度范围内需考虑桩周土反力的弱化现象,且前排桩周土反力的弱化程度明显大于后排桩,在工程设计时应分开考虑下基桩桩周土的强度弱化情况。     

开挖卸荷引起下卧已建盾构隧道的纵向变形研究

开挖卸荷引起的下卧已建盾构隧道纵向变形是城市基础设施建设面临的热点和难点问题。将已建盾构隧道视为三参数Kerr弹性地基上的无限长梁,采用两阶段法研究基坑开挖卸荷引起下卧盾构隧道的纵向变形。对简化弹性空间法获得的地基参数进行讨论,通过与有限元模拟结果对比确定了合适的Kerr地基模型参数选取,并对Winkler、Pasternak与Kerr 3种地基模型的模拟结果进行了对比。为获得更合理的上方卸荷引起的隧道响应,推导并求解了考虑隧道侧向土体对隧道作用的平衡微分方程,解析结果与有限元结果基本吻合,与工程实例监测数据对比,验证了方法的有效性。研究表明：相对于Winkler与Pasternak模型,Kerr地基模型更具优越性;对通过简化弹性空间法得到的地基参数进行适当修正可以使弹性地基模型的模拟结果更理想;隧道侧向土体对隧道的作用比较显著,应在计算中考虑。     

砂卵石地层浅埋盾构隧道开挖面稳定模型试验

为探究浅埋砂卵石地层对盾构开挖的响应及开挖面的稳定性规律,设计了土压平衡盾构精细模拟装置,并开展室内模型试验研究。试验分析了浅埋砂卵石地层盾构开挖面变形对地表沉降、沉降槽形态的影响,得到了开挖面的破坏模式及变形破坏细观过程,并与纯砂地层试验进行对比。研究结果表明:(1)不同空间位置土体对开挖面位移的敏感性不同,但土体的破坏规律相似;(2)随开挖面位移增大,地层沉降–开挖面位移曲线表现出不敏感阶段、缓慢线性沉降阶段、加速沉降阶段、快速线性沉降阶段等4个阶段的规律;(3)浅埋情况下土体未出现局部失稳,经历弹性变形、弹塑性破坏之后直接发展为整体失稳破坏;(4)砂卵石土沉降槽两侧在对称性上存在差异;(5)浅埋砂卵石地层中盾构开挖对侧面土体影响范围较小,对前方土体影响范围较大。     

基于模型试验的盾构隧道纵向刚度分析

为探明盾构隧道纵向变形性能及抗弯刚度有效率的取值,基于模型试验,根据相似理论对通缝、错缝及匀质圆筒模型进行纵向模型试验研究。分别对3种纵向试验模型进行了加载试验,采用数据采集系统测试加载过程中的管片模型的纵向变形,得到了各级荷载下通缝、错缝及匀质圆筒模型纵向变形规律及其抗弯刚度有效率,并对试验结果进行对比分析。结果表明:1盾构隧道纵向变形与荷载基本呈线性关系;2通缝、错缝隧道纵向抗弯刚度有效率分别在0.18~0.39和0.20~0.40;3通缝和错缝隧道的纵向弯曲变形性能基本一致,错缝拼装效应对盾构隧道纵向变形的影响并不明显,研究成果可为盾构隧道的设计提供参考。     

高水压条件下泥水盾构开挖面稳定离心模型试验研究

开挖面稳定是越江跨海盾构隧道工程安全的关键,尤其是高水压条件下,开挖卸荷导致开挖面稳定控制更加困难。以越江跨海盾构隧道为背景,研制了一套包含材料和设备的高水压泥水支护形式的开挖面稳定模拟试验装置,通过大型离心模型试验研究了高水压下开挖面坍塌失稳破坏模式和土、水应力变化规律。研究结果表明:①高水压条件下开挖面失稳具有突发性,土体呈现由局部–整体形式急速发展破坏,极小的泥水压力变化幅度即可导致土体迅速发展为整体破坏并传至地表,失稳过程中可观测到滑移倾角减小、破坏范围扩张;②随着泥浆压力的降低,开挖面前方土压力呈现先减小后增大最终趋于稳定值,开挖面失稳可以划分为微观变形、局部破坏、土拱形成、整体失稳四个阶段;③开挖面发生主动破坏时,孔隙水压会发生突然降低现象,这是由于高应力条件下密砂具有剪胀效应,从而引起负孔压导致孔隙水压力急剧下降。这种孔压波动会对开挖面失稳带来不利影响,加速开挖面失稳进程、导致失稳区域的扩大。研究成果对越江海水下隧道工程具有指导意义。     

地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道影响的试验研究

为了探明地表超载对软、硬地层中既有盾构隧道的影响,通过隧道与地层相互作用的模型试验,对地表超载作用下隧道变形、土压力及土体沉降进行了量测。试验结果分析表明,相同的地表超载作用下,软土地层中的隧道横椭圆变形要大于硬土地层中的隧道横椭圆变形。当隧道穿越土层的土体压缩模量较小时,地表超载作用下隧道上覆土层表现为被动土拱土压力;当隧道穿越土层的土体压缩模量较大时则为主动土拱土压力。隧道竖向收敛变形与其穿越土层竖向压缩量之间的关系分析表明,隧道横断面变形刚度与穿越土层的土体压缩模量共同决定隧道上覆土层的沉降状态,从而决定了地表超载对既有盾构隧道的影响。研究成果定性地揭示了软土地区既有盾构隧道在地表超载作用下极易发生变形超限的机理。