盾构隧道施工对临近桥桩影响数值及现场监测研究

随着城市内地铁盾构区间隧道临近城市道路桥桩工程的增多,急需研究盾构隧道临近桥桩施工对桥桩的变形影响问题。采用有限元数值计算方法,结合盾构隧道穿越桥桩实际工程,建立了盾构隧道施工对临近桥桩影响的数值分析模型,模拟盾构隧道施工,对盾构隧道穿越临近桥桩的桩体沉降、桩体侧移、地表沉降进行了数值分析研究,盾构隧道穿越时及穿越后桩体沉降、桩体侧移、地表沉降控制结果较为理想,桩体处于稳定状态。结合现场监测成果,对数值计算结果和监测结果进行对比分析,表明采用的数值分析计算模型、参数取值对盾构隧道施工对临近桥桩影响的模拟是可靠的,可以运用文中的数值计算方法预测后续盾构隧道施工引起临近桥桩沉降、桩体侧移和地表沉降结果。     

地铁盾构隧道近距离上穿既有线路纵向变形计算方法

针对新建地铁盾构隧道近距离上穿施工引发运营地铁线路不均匀变形问题,将既有线盾构管片视为一系列位于Pasternak基础上由拉伸弹簧、压缩弹簧和剪切弹簧连接的弹性地基短梁,考虑了管片间转动效应和剪切效应以及管片与土体相互作用,建立了基于Mindlin理论的新建盾构隧道施工引起的附加应力以及基于最小势能原理的既有隧道纵向变形的计算方法。结合实测数据与已有方法对比,验证了方法的适用性,并根据工程实例,采用该方法对影响纵向变形的管片连接、土体力学参数、新线与既有线相对位置参数及加固效果进行了分析。结果表明：新建隧道施工至上穿部位时摩擦力f和注浆压力p对既有隧道变形影响较大,穿越既有隧道后纵向变形主要受卸荷附加应力F影响;随着管片间剪切刚度ks、抗拉刚度k T增大,既有线路隆起变形减小,其中ks影响相对较大,工程中可从增强ks和kT的角度控制隧道变形;环形支撑加固措施能有效控制既有线纵向变形,且环间距1.5 m、交叉点左右各3～5环可取得良好效果。     

基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析

根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。     

盾构隧道地震响应分析方法及工程应用

盾构隧道在地震作用下可发生接头螺栓剪断、管片开裂、管片端部混凝土脱落、大变形及错台等震害,将影响隧道的安全与正常使用,因此,建立合理的分析模型与计算方法来研究隧道可能的震害具有重要的工程防震减灾意义。采用嵌入梁单元模拟接头,厚壳单元模拟管片,无限元作为动力人工边界,同时在管片之间及管片与地层间设置非连续接触关系,更好地模拟了管片厚度方向应力及管片与地层间的相互作用,建立了厚壳-接触-无限元地震响应分析模型。并将该模型运用于某大直径越江盾构隧道的抗震分析中,计算结果与盾构隧道震害特征较为吻合,表明该模型可反映盾构隧道的真实地震动响应。并应用该模型分析了壁后注浆层材料参数及结构与土体相互作用对管片动力响应的影响。所建模型对于研究盾构或TBM施工隧道的震害分析具有很好的推广价值。     

双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究

基于双线水平平行盾构施工中土体损失引起的土体变形二维解析解,建立土体变形三维解析解。取不同的纵向位置作为变量,建立土体损失率沿纵向的变化方程;考虑先行隧道施工对后行隧道的影响,分别计算两条盾构隧道施工引起的土体变形,叠加得到双线平行盾构施工引起的土体总变形。其方法能够计算土体深层沉降和水平位移,较精确地反映土体三维变形。算例分析结果表明：预测值与实测值较为吻合;土体沉降随着离开挖面距离的增加而不断增大,最终在x = -40 m左右时趋于稳定;随着先行隧道与后行隧道开挖距离的接近,最大土体总沉降量逐渐增大;土体沉降会随着深度z的增大而略微增加,但沉降槽宽度将略微减小;随着两条隧道轴线水平距离L的增大,最大土体沉降逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型,不再符合正态分布规律。     

盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道的变形均有明显差异;接头位置越靠近隧道底部,渗水导致的孔压减小越显著,造成的地表及隧道沉降越显著。接头渗水不但会使隧道发生横向椭圆化变形,还会引起隧道左右两侧受力不平衡,从而造成隧道水平侧移。通过对比表明,采用接头渗水和传统的衬砌均质渗水得到的孔压分布、沉降及隧道变形规律均有显著不同;不考虑隧道局部渗水特点会对隧道结构长期性态的认识产生偏差。     

盾构法开挖隧道对桩基础影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟天津市地铁1号线盾构施工。计算结果表明,有限元模型能够很好地模拟盾构施工过程。利用此模型研究隧道开挖对桩基础的影响。隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移主要发生在盾构机推进面逐渐接近桩的过程中,当盾构机推进面通过桩所在的位置后桩顶沉降、桩身侧移增加不明显;与隧道水平距离相同时,由于长桩能够充分发挥桩身下部的侧摩阻力,隧道开挖引起的长桩的桩顶沉降小于短桩的桩顶沉降;隧道开挖过程中12 m长桩的桩身发生了整体倾斜,16、19 m长桩的桩身出现了弯曲变形,16、19 m长桩的桩身最大弯矩发生在地面下12～13 m之间,即在隧道轴线附近;开挖过程中桩顶出现沿隧道推进方向的往复位移;桩顶作用的竖向荷载越大,由隧道开挖引起的桩顶沉降越大     

盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降实测与模拟分析

当盾构隧道平行侧穿建筑物时,大多关注建筑物的横向沉降规律,对其纵向沉降关注较少。为此,针对盾构隧道平行侧穿建筑物引发的空间变形开展研究。首先,对天津地铁6号线平行侧穿四座结构形式相近的砖混建筑的实测数据进行分析,得到建筑物基本变形模式;基于工程实测并考虑土体的小应变硬化特性建立三维有限元数值分析模型,研究了盾构侧穿引发的建筑物纵向挠曲、土体变形与应力变化规律,并分析了不同建筑平面长宽比的影响。结果表明,盾构隧道平行侧穿将诱发平面长宽比较大的建筑出现"下凹式"挠曲变形,纵墙中部沉降最大可为其角点沉降的2倍,平行侧穿并不能简化为平面应变问题进行分析。建筑物修建和盾构开挖将导致隧道上方土体经历较为复杂的应力变化过程,并可划分为6个阶段。沿建筑纵向基础中部的土体与边缘土体相比,其首先经历更大的压缩变形(建筑施工导致),在盾构穿越后又产生了更大的卸荷变形。当建筑平面长宽比小于2时,盾构开挖导致的纵向挠曲变形将显著减小。     

钱塘江盾构越江隧道最小覆土厚度的确定

钱塘江洪水冲刷河床与大潮回淤交替出现,必将影响盾构越江隧道安全。如何合理地确定越江隧道的埋深,既确保隧道安全,又降低工程造价,是一个迫切需要解决的问题。已有的研究成果认为,300年一遇的罕见洪水冲刷河床的最大深度可达16 m,据此初步选择了河床冲刷后最小埋深分别为3.5 m和4.0 m两种隧道埋设方案,开展了隧道抗上浮研究。研究结果表明,考虑隧道周围土体和管片环间纵向螺栓的剪切抗浮效应时,两种方案均能够满足抗浮要求。但施工期刚脱出盾尾的管片环在未硬化注浆体的浮力作用下,大大增加隧道上浮的可能性,需要加强施工期的管理工作,减少对周围土体扰动。     

盾构近距离下穿对已建地铁隧道的位移影响及施工控制

通过对盾构近距离下穿杭州地铁1号线已建隧道施工过程进行监测,针对盾构近距离、小角度下穿对已建隧道位移的影响过程和特点,研究了盾构机与已建地铁隧道相对位置关系不同时,已建隧道的隆沉、水平位移及收敛位移变化规律。对盾构参数进行实时记录,通过反馈的已建隧道位移监测进一步优化盾构施工参数,合理盾构参数的设置可以有效控制既有隧道变形在允许范围内。已建隧道变形规律显示,盾构隧道在距离已建隧道20 m以外工况下,对上部已建隧道影响很小;盾构整个过程中已建隧道穿越交叉点竖向和水平位移变化过程大致经历5个阶段。     

An analytical solution for deforming twin‐parallel tunnels in an elastic half plane

The interaction between twin‐parallel tunnels affects the tunnelling‐induced ground deformation, which may endanger the nearby structures. In this paper, an analytical solution is presented for problems in determining displacements and stresses around deforming twin‐parallel tunnels in an elastic half plane, on the basis of complex variable theory. As an example, a uniform radial displacement was assumed as the boundary condition for each of the two tunnels. Special attention was paid to the effects of tunnel depth and spacing between the two tunnels on the surface movement to gain deep insight into the effect of the interaction between twin‐parallel tunnels using the proposed analytical approach. It is revealed that the influence of twin tunnel interaction on surface movements diminishes with both the increase of the tunnel depth and the spacing between the two tunnels. The presented analytical solution manifests that, similar to most of the existing numerical results, the principle of superposition can be applied to determine ground deformation of twin‐parallel tunnels with a certain large depth and spacing; otherwise, the interaction effect between the two tunnels should be taken into account for predicting reliable ground movement. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

拉林铁路板块缝合带隧道地应力分析

青藏高原板块缝合带为印度板块和欧亚板块两大陆块的缝合区域,带区地质条件复杂,构造运动强烈。川藏线拉林铁路几乎沿雅鲁藏布江缝合带展布,高地应力问题十分突出,但目前针对板块缝合带隧道的地应力研究相对较少。本文采用空心包体法对拉林铁路沿线隧道进行了原位地应力测量,并与成兰、兰渝和锦屏等几个典型工程的地应力进行对比分析。研究表明：拉林铁路沿线隧道埋深大,构造应力突出,总体表现为最大水平主应力 > 垂直主应力 > 最小水平主应力;平均侧压系数（1.0~1.5）分布较为集中且处于较高水平;最大主应力量值大多在20~50 MPa之间,最大主应力与埋深的梯度为0.033 7 MPa/m,方向以北北西-北北东向为主。建议采用仰拱结构减小隧道墙脚处的应力集中现象。     

深层地铁盾构施工地层水平位移动态分析

针对盾构掘进过程中引起的两相水平位移,对广州地铁2、8号延长线某区间进行现场实测,将实测结果与数值模拟相结合,计算表明,在盾构通过的不同阶段,平行于隧道方向的水平位移U1与垂直于隧道方向的水平位移U2呈现出不同的变化规律,在1倍隧道直径的区域内,U1位移最大值大于U2位移最大值,两相位移均不可忽略。     

近距离重叠隧道盾构施工的纵向效应及对策研究

上下重叠隧道施工时,后挖隧道施工过程对先建隧道是一种“卸载”作用,受此影响,先建隧道的衬砌管片将朝后挖隧道方向变形,但这种影响作用是暂时的。以深圳地铁3号线老街站-晒布路站区间重叠隧道工程为背景,采用三维有限元数值计算和室内离心模型试验相结合的手段,对上部隧道（后挖隧道）施工引起的下方已建隧道纵向变位进行了研究。结果表明,后挖隧道施工引起的先建隧道不均匀沉降主要出现在约掌子面前方3.5D（D为隧道直径）到后方3D的范围内。基于此,探讨了应对这种暂时纵向效应的对策措施,主要包括临时压重和临时内撑。在先建隧道位于掌子面后方(0~1)D、(1~2)D、(2~3)D范围内分别设置20 t/3 m、20 t/6 m、20 t/9 m的临时压重,且在掌子面前方4D和后方4D范围内为先建隧道设置临时内撑,可以较好地减小由于后挖隧道施工引起的先建隧道附加不均匀变形。     

Monitoring of Three-dimensional Additional Stress and Strain in Shield Segments of Former Tunnels in the Construction of Closely-Spaced Twin Tunnels

In recent years, with the development of urbanization, the construction of closely-spaced twin tunnels is becoming more and more common. How to ensure the safety of the former tunnel during the construction of the later tunnel has become the focus of the construction of closely-spaced twin tunnels. To study the safety of the former tunnel segment structure, this paper analyzed the field monitoring data of practical engineering (the section with the minimum separation (4.5 m) between the twin tunnels from Anyuanxi station to Chunshenhu station on the Suzhou Metro Line 4 in Jiangsu, China) and obtained the dynamic change law of additional stress and strain of the former tunnel segment under the influence of the construction of later tunnel. Based on this research, the following conclusions were drawn: (1) The maximum circumferential tensile stress on the segmental structures was shown to be 2.62 MPa at the horizontal position on Section S2 in the side adjacent to the later tunnel, which should be main monitored. (2) The maximum values of the vertical deformation and peripheral convergence of the segments were 16.21 and 17.39 mm, separately, both of which were less than two-thirds of the allowable deformation. Therefore, the shield tunnel deformations were within allowable limits. This research results can provide guidance for similar engineering.     

紧邻多孔交叠隧道抗震性能研究

随着我国城市轨道交通建设的飞速发展,盾构隧道之间近距离相互穿越工程将会越来越多。武汉市轨道交通2号线与4号线在洪（洪山广场）中（中南路）区间为4孔紧邻交叠隧道。根据实际工程特点,将其简化为不同间距的4孔平行重叠和4孔垂直交叉隧道,分别建立其三维计算模型,分析了紧邻多孔交叠隧道的三维地震响应,其中考虑了不同地震波幅值、隧道间距、隧道空间位置、隧道管片横、纵向差异以及紧邻多孔盾构隧道间加固层的影响,从结构变形和受力两方面评价了其抗震性能。计算分析表明：（1）隧道间距对隧道地震响应影响不显著;（2）4孔垂直交叉隧道的抗震性能要优于4孔平行重叠隧道;（3）紧邻多孔交叠隧道具有良好的抗震性能,满足抗震要求。其研究成果可为今后类似工程的抗震初步设计提供参考。     

碎石土隧道自稳性的三维离散元分析

随着国家对基础设施建设投资力度的不断加大,一些需要穿越碎石土体的隧道不断涌现。针对铁路、公路建设中遇到的碎石土隧道的自稳问题,利用改进后的三维离散元模型及编制的计算软件,对碎石土隧道的自稳性进行了模拟分析,探讨了粒径与隧道自稳性之间的关系,研究了粒径分别为0.1,0.2,0.35,0.5,1,2 m等碎石土隧道能够自稳时的最大跨度,并模拟分析了碎石土隧道塌落量与跨度之间的关系。使用的方法和得出的结论对类似工程有一定的参考意义。     

盾构-矿山法隧道并行施工的相互扰动分析

盾构隧道和矿山法隧道的施工,对围岩扰动的形式和程度不同;并行近接情况下,对彼此的扰动也将不同。以南宁轨道交通地铁1号线百佛区间的盾构-矿山法隧道小净距并行施工为研究对象,根据实际施工进度情况建立监测分析系统,分析了盾构-矿山法施工在竖直和水平方向位移的相互扰动。盾构法隧道后行,盾构的挤推作用,导致先行矿山法隧道拱顶上升、净空收缩;盾构弱化围岩和盾构沉降影响区的作用,导致先行矿山法隧道拱顶下沉、净空扩容。矿山法隧道后行,矿山法隧道侧向卸荷作用,导致先行盾构隧道管片产生管片隆起和净空扩容。研究成果揭示了小净距并行施工时,盾构隧道-矿山法隧道相互间的扰动规律;可以为类似小净距并行隧道施工顺序的选择,及相应辅助施工措施的采用,提供技术支撑。     

贵南高铁朝阳隧道出口平导6.10突水突泥事件分析

2018年6月10日,朝阳隧道出口平导发生岩溶突水突泥,持续时间约1 h,突水突泥总量约1.6×106 m3。为完善施工掘进方案及排水方案,需分析突水突泥产生原因,评价后续施工带来的突水突泥风险,计算隧道涌水量。文章分析了隧道位置的地形地貌、工程地质、水文地质条件,阐述了发生突水突泥的平导掌子面超前地质预报实施情况及突水突泥发生过程,补充调查了灾害影响范围的工程地质、水文地质条件,完成了长达1年的平导涌水量－降雨量关系动态观测。平导突水突泥掌子面前方有水头高达84 m的巨型溶腔及管道系统,施工开挖揭穿溶腔底部后,填充于整个岩溶水系统的有压水流携带泥砂快速涌入平导并以较大动能冲出洞外,导致了6.10突水突泥事件的发生。隧道出口段岩溶水系统接受降雨入渗补给且径流通畅,洞内涌水对应的汇水面积为6.423 km2,计算极端暴雨后平导最大涌水量5×104 m3·h?1。突水突泥发生后山体内的静储量已得到充分释放,地下水位已降至平导底板高程,后续施工中再遭遇突水突泥的风险低。      

A comparison of rock mass disturbance in TBM and drill and blast drivages at the Donkin Mine,Nova Scotia

Summary The initial phase of the Donkin-Morien project involves the driving of two parallel tunnels through an interbedded sequence of coal measures strata to intersect the Harbour Seam which lies approximately 3.5 km offshore. The No. 2 tunnel was driven a total distance of 3579 m using a 7.6 m diameter full face shielded Lovat TBM and supported by steel ring beams. The No. 3 tunnel was initially driven a distance of 1027 m using conventional drill and blast methods (7.6 m wide by 5.3 m high with a uniradial arch and supported by rock bolts and shotcrete). The TBM was subsequently used to complete the drivage of the No. 3 tunnel to the Harbour Seam.Both the No. 2 and No. 3 tunnels followed a thick sandstone unit at a grade of –20% for the first 900 m. This provided an opportunity to compare the rock mass disturbance resulting from two different excavation methods. A programme of field and laboratory measurements was therefore undertaken, which included: the use of a borehole dilatometer to determinein situ rock modulus,in situ gas permeability testing, seismic reflection surveys on the tunnel walls, and the laboratory testing of core samples.The paper examines the four different techniques used and compares the results obtained.