中心城区地铁盾构施工引起的环境振动响应研究

以北京地铁8号线二期盾构施工长距离连续下穿中心城区古旧平房群工程为研究背景,首先,通过盾构作业面现场测试,获得了盾构施工振动振源的时程曲线,并分析了其频幅特性及主要影响因素;其次,对盾构施工引起的周围环境振动响应进行了现场测试,并分析了其纵向和横向上的时域与频域响应规律;在此基础上,考虑振动在地层传播过程中的距离与阻尼衰减,提出了盾构施工引起环境振动实用计算方法,并利用实测数据对其有效性进行了验证。上述工作可以为地铁项目建设的合理规划、设计和施工提供可靠借鉴。     

盾构施工引起环境振动的实用计算方法

在中心城区进行盾构施工引起的振动对环境的影响问题日渐突出,需要对盾构施工过程中可能产生的环境振动影响进行可靠地预测分析。本文以北京地铁8号线盾构施工为研究背景,针对典型工况,首先基于盾构作业面现场测试数据,利用灰关联熵方法和多元回归方法进行因素分析,提出了振动振源的主控因素(地层条件)及其量化特征参数(掌子面地层加权动弹性模量),影响振动的主要施工参数(刀盘扭矩、盾构总推力)。在此基础上,基于典型断面的环境振动响应现场测试,考虑振动在周围地层传播过程中的距离衰减与阻尼衰减,提出了盾构施工引起环境振动实用计算方法,并利用现场实测数据进行了方法的有效性验证。为盾构施工引起环境振动的预测、评估以及施工过程控制提供了有效的方法支撑,填补了国内外研究空白。     

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。     

填海区复杂地层双盾构隧道地表沉降研究

盾构法是地铁隧道施工常用的工法之一,但对于填海地区盾构推进过程中引起复杂地层的地表沉降的机理,目前还缺乏足够的认识和工程实践经验积累,有待进一步深入研究。为此,本文以深圳地铁某区间地铁隧道开挖为例,利用三维非线性有限元软件Midas/GTS NX对地铁双盾构隧道开挖过程进行数值分析,计算得到由隧道开挖造成的地表沉降曲线,结合实际监测数据分析了隧道地表沉降随盾构推进时沿横向分布的变化规律,为本工程的后续施工及类似工程提供理论依据与指导。     

长沙地铁盾构隧道软土区间施工监测与安全分析

近年来,我国各大城市迎来了地铁建设的高峰期。地铁隧道施工不可避免地会对周围土体产生扰动或破坏,导致地表和周边建筑沉降,而沉降控制的好坏直接关系到隧道结构和周边建筑的安全。为了解长沙地铁2号线体育公园站一长沙大道站盾构区间的沉降状况,结合沉降监测数据,分析盾构施工区段的沉降状况及规律。监测结果表明,该盾构区段施工未引起地表及周边建筑产生较大沉降,各沉降监测值均满足规范要求,可为其他地铁施工监控分析提供参考。     

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。     

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。     

盾构施工参数相关性及对地表沉降影响的研究

以青岛地铁1号线薛瓦区间盾构隧道工程为背景,在极复杂地层开展盾构现场掘进实验,利用"青岛地铁安全风险管理体系"及"青岛地铁盾构施工管理信息系统"收集盾构关键施工参数及地表横向和纵向沉降监测值。通过对盾构关键施工参数的处理以及相关性的分析,表明在土层较硬地段应适当降低土仓压力以达到降低推力的目的;分析了在富水复杂地层盾构正常施工情况下掘进参数的波动对地表沉降的影响规律,研究发现盾构推进速度和推力是影响地表沉降的主要因素,对在极复杂地层中盾构掘进参数引起变形的精细化控制提供一定的借鉴意义。     

盾构下穿引起的既有地铁隧道变形分析

北京地铁某区间盾构下穿既有地铁隧道工程,在开工前期,运用MIDAS/GTS三维有限元分析软件,对盾构下穿施工可能引起的既有地铁隧道结构变形进行了三维模拟分析,并评估了既有地铁隧道结构的安全性,提出了盾构下穿既有地铁隧道结构变形控制标准;施工期间对既有地铁隧道结构进行了现场监测,结合数值分析结果综合分析了既有地铁隧道结构变形情况,并根据实际监测数据,对比分析了预测结果与实际监测结果的差异,验证了模拟预测的可靠性。     

探讨地铁隧道盾构施工地表变形规律及控制技术的应用

盾构施工技术在地铁隧道建设中应用较为广泛,其具有安全、适用性广、快捷及智能等特点,但同时该技术也存在一定的局限性。盾构施工技术在应用中易受工程地质条件及人为等因素的影响,在施工中容易引起地表变形。盾构施工地表变形会影响地铁隧道施工整体质量,当地铁隧道盾构施工地表变形时应及时采取合理的控制技术措施。本文结合某地铁盾构施工实例对盾构施工地表变形规律及控制技术应用进行了研究分析。     

考虑施工过程的盾构隧道沉降数值分析

 地铁隧道施工引起的地面沉降已成为我国城市地面沉降的主要根源之一,威胁着地铁沿线附近建筑物和地铁隧道上方地下管线的安全,因此,准确预测盾构隧道施工引起的沉降对维护地铁施工安全至关重要。基于K. M. Lee等提出的等效地层损失参数法,利用数值分析方法研究注浆压力和掌子面推力这2个重要参数对盾构隧道施工沉降的影响规律。并在此基础上将注浆压力对于隧道上覆土体的重力及掌子面推力对土体侧向静止土压力进行归一化处理,提出可以考虑施工因素对隧道沉降的计算方法。算例与数值计算结果的对比,证实提出的修正计算方法的有效性。     

盾构隧道施工过程的有限元分析

盾构隧道开挖过程中周围土体应力重分布以及衬砌结构与土体相互作用,是盾构施工过程中地层扰动的内在原因,是有限元分析的关键因素,本文针对软土地区的特点,利用大型通用有限元软件ABAQUS对盾构隧道施工过程进行了有限元模拟,并通过一实际问题的计算表明本文所用的计算方法是有效可行的     

基于振源-传播模型的地铁引起地面振动数值预测

针对上海地铁运行引起地面振动的预测问题,应用振源模型计算不同车速对轨道基础的激振力,应用传播模型计算不同激振力输入下的地面振动加速度,建立了“地铁-隧道-土层”系统动力有限元模型。通过对比数值模拟结果与实测结果,分析了不同因素对地铁引起地面振动的影响规律。结果表明:随着地铁车速增加,振源激振力和地面振动加速度的幅值均明显增大;地面上距地铁中心线30 m范围内各点振动加速度峰值随距地铁中心线距离由近及远呈幂函数形式衰减;地面振动加速度频率主要为低频振动,随着距地铁中心线距离的增大,高频衰减相对于低频更为明显;建议上海地区建筑尽量在地铁中心线20 m范围外进行规划,或采取降低设计车速、减轻车辆荷载、优化隔振措施等方法,减少地铁运行引起地面振动对地面建筑及居民生活的影响。     

双线盾构施工对邻近建筑物影响的数值分析

 城市繁华地区盾构隧道施工常需从建筑下方地层穿越,如何确保上部建筑及隧道安全是施工中的难题。以武汉长江双线盾构隧道工程为例,利用有限元程序ABAQUS,对穿越武汉理工大学5层钢筋混凝土框架结构电教楼下方的隧道盾构掘进采用三维数值分析方法进行计算,模拟盾构掘进引起的地层变形和规律以及对隧道上部建筑物的影响。计算预测值与实测值较吻合,分析方法可用于分析和预测盾构掘进引起地层及隧道上部建筑物的变形。     

地面出入式盾构隧道施工对周边地层扰动研究

传统盾构法隧道施工前需进行工作井的开挖,在人口密集的都市区开挖工作井对地面交通和周边建筑物有较大影响。地面出入式盾构法(GPST)避开了工作井大开挖施工,从理论上可以有效减小隧道施工的地层扰动,但由于该工法施工工艺特点,在盾构机穿越土层过程中需经过不同覆土厚度的地层,因此对控制施工参数有很大要求。本文以南京南站—禄口机场站GPST盾构隧道示范工程为背景,基于非线性有限元方法分析隧道穿越负覆土、零覆土、浅覆土段几种不同工况下地层位移以及孔隙水压力的变化,并与监测数据进行对比分析。基于Peck公式与双线叠加原理基础之上探究施工参数对双线隧道地表沉降的影响。研究成果对未来该工法的推广应用具有一定的借鉴意义。     

软土地层土压平衡盾构法施工的模型试验研究

我国沿海地区以及许多内陆城市的地下广泛分布着很深的软黏土沉积层,目前该区域的许多城市都已兴建或正在筹建地铁。为确保在这种软弱地层中能采取与之相适应的盾构工法、减少对周围环境的影响以及降低工程造价,以上海地铁M8线某区间隧道工程为研究背景,采用室内模型试验的方法,进行了土压平衡盾构针对软土地层的适应性试验研究。为此,首先根据相似理论和模型试验方法建立了土体–盾构机器之间的相似系统;随后,针对上海地区特定的软土地层,进行了人工模型土壤的配制和模型试验方法的设计,并利用直径400 mm的模型盾构机模拟直径6340 mm的原型盾构机;最后,进行盾构不同工作参数组合的掘削试验,并记录下试验过程中机器工作参数及土体内应力和变形变化的有关试验结果,通过对试验数据的整理与分析,得出了软土地层中土压平衡盾构法施工的一些有用的规律。     

地铁隧道管棚支护下矿山法施工数值模拟

结合南京地铁某矿山法施工区间,通过对假定计算模型、初始应力分析、对地层的简化、选取适当的计算参数进行有限元动态施工过程三维模拟,分析了在管棚作用下矿山法四种施工方案的施工工序、工艺对隧道地表沉降的影响,指出结论对工程实践具有一定的应用与指导意义。     

北京地铁复─八线车站施工对环境影响的预测与分析

介绍了对北京地铁复─八线天安门西车站暗挖施工过程中对地层沉降以及管线变形的预测及分析,分析的结果对该地铁站的施工起到了重要的指导作用。施工过程中的监测结果非常好地证实了最初的预测,并据此采取了及时有效的控制措施,这一经验有助于指导北京地区同类工程的地层沉降控制问题。