盾构法隧道施工引起土体位移与应力的镜像分析方法

盾构法隧道施工会引起隧道周围一定范围土体的位移,对土体位移进行较为准确地分析,对于控制隧道周围土体位移量和减小过大位移对既有建筑物及管线带来的危害十分重要。隧道周围土体的位移是由地层损失引起的,并且与注浆量有很大关系。根据地层损失与注浆量的空间分布规律,应用镜像方法原理,对盾构法隧道推进产生的土体位移与应力进行空间分析,得到隧道周围土体的位移与应力分布,计算结果与天津地铁施工过程的现场实测结果对比表明,该方法行之有效。     

高架桥桩基作用下地铁隧道围岩稳定措施研究

地铁隧道下穿高架桥是城市轨道交通工程施工的重要风险源,桥桩桩基的作用会对隧道围岩的应力分布产生重要影响,进一步造成土体位移和隧道结构变形,因此,提高围岩的稳定性十分重要。本文通过设计不同的施工方案,利用数值模拟手段,分析了注浆范围大小、注浆扩散厚度和加强仰拱在应对下穿高架情况的表现,以期为相关工程建设提供参考和借鉴。     

盾构超近距离侧穿铁路桥桩保护方案探讨

郑州地铁某盾构区间超近距离侧穿铁路桥梁桩基,受地面空间及隧道与桥桩间净距限制,无法采用隔离桩等常规保护措施.结合工程实际情况提出“盾构通过范围内土体注浆加固”、“桥梁承台加固”以及“注浆+承台加固”三种措施,利用数值模拟手段,对盾构侧穿施工期间,不同保护方案下桥桩的变形规律进行了分析研究.研究结果表明,采用“盾构通过范围内土体注浆加固+承台加固”措施,可使桥面最大沉降值减少约45%,且可减少桥面横桥向不均匀沉降及桥桩水平位移,在很大程度上减少盾构隧道施工对铁路桥梁的不利影响.      

北京地铁浅埋暗挖施工对既有桥桩的影响分析

在隧道施工影响下,建（构）筑物的上部结构及其桩基础、地层、隧道施工四者处于一个共同作用的完整体系中,每一部分的工作状态都是四者协同工作、相互影响的结果。因此,应综合考虑各影响因素。首先,岩土体是隧道与桩基相互作用的重要媒介。地铁隧道浅埋暗挖施工时必然扰动地层,地层将施工产生的变形传递到临近桩基导致桩基承载力的降低,荷载变化通过桩基向上传递使上部结构产生沉降和变形。当变形超过一定程度时,将影响上部结构的正常使用和安全。因此,在施工影响下,对既有桩基进行分析和控制以确保上部结构的安全是隧道施工穿越既有桩基的关键。在对上部结构-桩基-地层-隧道施工四者相互作用关系、桩基变形机制以及注浆加固机制进行详细论述的基础上,采用2D－Sigma有限元软件模拟北京地铁5号线雍和宫站－和平里北街站区间过桥段浅埋暗挖施工对既有桩基的影响,得出桩基变形的一般规律。同时比较分析注浆前后桩基的不同响应,提出注浆加固地层的必要性及相关的工艺参数。最后,将桩基变形的预测结果与现场实测结果进行对比分析,两者规律基本一致。研究表明,注浆加固地层对减小桩基变形、确保上部结构安全是非常有效的,这将对以后的地铁施工具有指导作用。     

隧道开挖对桩基工程影响的数值分析

隧道开挖对邻近桩基工程影响的问题引起了国内外诸多学者关注。在概述目前研究成果的基础上,探讨了采用有限差分数值模拟技术模拟建筑物桩基的方法以及参数取值问题,并就北京某地铁隧道近距离穿越某桩基工程进行了模拟,分析了隧道开挖施工而引起周围土体及桩基的变形特点。其结果可为地铁建设中预测地铁开挖对于周围环境的影响提供参考。     

盾构施工对桩基的影响及桩基近邻度划分

隧道盾构施工过程中因盾构对土体的扰动和盾构脱出而没有及时注浆或注浆量不够,通常会对隧道邻近的桩基造成影响,如桩基内力发生改变从而使桩基变形、移位等,影响了桩基的承载力和正常使用。正交试验是一种高效、快速的找出某种指标的主要和次要影响因素的方法。通过建立盾构施工过程中近邻桩基的弹塑性有限元模型,结合正交试验和方差分析,得到了盾构施工对近邻桩基的影响因素大小。结果表明,盾构隧道施工过程中对近邻桩基沉降影响大小的因素依次为：桩与隧道的距离、桩顶荷载、应力损失和土体物理力学性质;桩基在(2.5～3.0)D0（D0为隧道直径）以外,则桩基基本上不受盾构开挖的影响;桩顶沉降与桩顶原来的荷载相关性显著,桩顶荷载的大小反映了土体应力水平的高低。根据方差分析的显著性检验结果提出桩基近邻度的概念和计算公式,把盾构隧道周围的桩基分为非常近、近邻、远邻和非常远等4类桩,表明Ⅰ类桩和Ⅱ类桩受到盾构施工的影响较大,施工前应对桩基采取必要的保护和加固措施,Ⅲ类桩视情况进行处理,Ⅳ类桩一般不需要处理。     

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。     

近邻桩基施工对城市地铁隧道的影响分析

近邻桩基施工会对盾构隧道产生较大的不利影响,试桩过程中对试桩周围土体深层水平位移、隧道结构竖向位移和沉降进行了现场监测。监测结果表明,隧道结构竖向位移和水平位移缓慢增加,对桩体周边土体产生扰动;管片位移最大值发生在与试桩相对应的剖面上;随着试桩距离的增加,管片沉降和最大水平位移减小。管片以发生水平位移为主,沉降约为水平位移的0.5倍。在隧道埋深范围内,深层土体水平位移向隧道方向移动;隧道埋深范围以下,土层的水平位移向远离隧道方向移动。试桩实践表明,采用全套管钢套管护壁旋挖取土工艺,并在施工过程中对盾构隧道和周围土体进行动态信息化监测的施工方法能较好地预警、控制施工风险,得到的结论可以为相似工程的施工提供指导和参考。     

盾构隧道注浆对既有隧道影响的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,越来越多的新建盾构隧道近距离穿越既有隧道,然而对于盾构隧道近距离穿越既有隧道影响的研究尚不够完善。以上海典型软弱地层为背景,通过离心模型试验,研究了不同注浆率下的盾构上穿越施工对既有隧道以及周围地层的影响。选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在不停机状态下成功模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆效应。分析了在不同的注浆率条件下,既有隧道在上穿越施工期和工后长期的位移、周围孔压和纵向应力的变化规律。试验结果表明,新建隧道近距离上穿越既有隧道时,隧道开挖的卸载效应等会导致既有隧道的隆起,但随着注浆率增大,既有隧道的隆起量减小。但过高注浆率对周围土体扰动较大,从而导致工后既有隧道的沉降也越大。     

软土地区双侧深基坑施工对邻近地铁车站及盾构隧道变形影响的分析

以某软土地区邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑工程为背景,运用ABAQUS数值计算软件对邻近地铁车站及盾构隧道的双侧深基坑施工进行数值模拟,研究了双侧深基坑施工过程对基坑坑内土体隆起与坑外土体沉降的影响,分析了双侧深基坑施工过程中地铁车站及盾构隧道变形情况,得出地铁车站及盾构隧道变形规律。计算结果表明:基坑内侧土体隆起最大值为54.3 mm;围护结构X向位移最大值为32.8 mm,Y向位移最大值为26.8 mm;车站竖向位移最大值发生在A1区开挖至坑底工况,最大值为6.8 mm,而车站水平位移最大值为7.6 mm;弯矩累计增量最大值155.9 kN·m/m,经计算,施工过程对车站主体结构影响很小;盾构隧道X向水平位移最大值为4.7 mm;而盾构隧道沉降最大值为3.8 mm,发生在A1区开挖至坑底工况。      

地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术

以西安地铁2号线区间隧道下穿南门古城墙工程为依托,通过建立FLAC3D数值模型对可能的3种施工方案进行了对比分析,建议将管片支护及壁后注浆、城门基础范围内土体化学注浆加固和城墙南面基础附近施工钻孔灌注桩的联合变形控制方案作为最优的可行性方案,并对该方案引起的古城墙变形规律进行了预测研究,根据预测结果制定了监测方案。工程实践表明,建议的古城墙变形控制施工技术是合理的,隧道施工时引起的城墙和地表变形值处于安全值范围内。得到的地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术对西安地铁1号线下穿东西古城墙的安全施工具有借鉴价值。     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。     

含初始缺陷地铁隧道的抗震动力学行为研究

针对含初始缺陷的既有地铁隧道受邻近穿越隧道施工影响的首都地铁隧道工程背景,基于有限差分方法,通过对既有地铁车站结构受邻近隧道穿越后的抗震性能研究,揭示其抗震动力响应机理。结果表明,在邻近隧道穿越影响下,含初始缺陷的既有隧道各薄弱控制点在地震作用下位移和应力动力时程的波动趋势具有相似性,说明衬砌结构是整体运动的,其位移、应力较穿越前均有所增加,边墙和仰拱在穿越后抗震性能影响最大,剪切破坏主要以车站结构周边土体为主,新线穿越后其剪切破坏分布范围有所增大,应进行注浆加固处理,与自身结构刚度相匹配,提高抗震能力。     

昆明泥炭质土地铁盾构等代层压缩模量试验研究

在城市地铁盾构施工过程中,地表沉降是重要的工程问题之一,不但影响地铁隧道的安全建设,更直接关系到周边紧临建筑物的正常运营。等代层压缩模量是控制地表沉降的关键参数,特别是软弱土层中的地铁盾构。等代层注浆材料与土体的混合比例关系、注浆后的养护时间是直接影响其压缩模量的重要因素。本文依托昆明地铁3号线石咀段泥炭质土层盾构工程,进行注浆材料与泥炭质土的不同比例关系及不同养护时间条件下的压缩模量试验研究。探索泥炭质土层中盾构等代层中浆体与土体的合理比例关系,并提出注浆后何时能达到预期的等代层压缩模量,为泥炭质土地区地铁盾构施工提供参考。     

考虑注浆材料流变的隧道施工土层变形计算

在盾构隧道施工过程中背后注浆是必不可少的,注浆材料在逐步卸载的压力作用下由流动状态变化到固体状态,注浆材料的变形特性将与恒载作用有区别。针对南京地铁1号线实际工程盾构隧道施工注浆材料,进行了卸载条件和恒载条件下注浆材料的流变试验,得到了非线性流变的试验曲线和拟合的流变方程;在半无限空间圆孔扩张位移理论解和注浆材料的流变试验结果的基础上,推求得到隧道所在土层的位移解,确定了位移的影响范围,讨论了地表沉降计算结果的合理性,初步建议确定隧道施工应保护区域的确定原则。     

浅埋弃土段大断面隧道施工力学行为研究

以龙洞堡机场隧道为工程背景,对弃土段隧道大变形原因进行深入分析,提出相应的改进措施,使隧道顺利通过剩余弃土段。研究结果表明,隧道所处人工弃土段与经压密原生土体物理性质存在差异,小导管与袖阀管注浆无法在弃土层扩散,反而增加了覆土重度,增大了隧道上覆荷载;实践证明对剩余弃土段采取二重管双液注浆,其效果要明显优于上述两种注浆措施;掌子面预留核心土和掌子面锚杆有效控制了掌子面前方先行位移,剩余弃土段掌子面先行位移约占总位移的15%~18%,达到减少掌子面先行位移的目的;弃土段隧道开挖,上覆土体呈现出整体下沉趋势,通过拱脚注浆锁脚锚杆可以减少初期支护拱脚、边墙脚沉降和过大水平位移;通过数值计算分析表明弧形导坑法开挖时,安全系数最小值发生在隧道仰拱中部,其量值为3.36,初期支护安全系数均大于2.4,支护体系在施工阶段是安全的。     

盾构施工引起的地表沉降分析

通过对由盾构施工引起的地表沉降进行了深入研究,对某地铁隧道盾构施工过程的数值模拟和经验公式计算,分析了盾构推进过程中地表处土体的位移和变形以及沉降分布规律,得出数值模拟的地铁隧道横向地面沉降分布曲线与实际沉降非常接近。     

北京地铁复兴门折返站工程隧洞侧壁水平位移观测

本文根据北京地铁复兴门折返站工程开挖全过程中隧洞侧壁土体水平位移观测结果,结合其它工程的观测资料,分析了浅埋隧洞注浆开挖全过程中土体水平位移的一些规律。初步探讨了如何运用测斜仪在施工过程中进行安全观测的问题,并从水平位移这个角度评价一种先在土体中注浆然后采用新奥法施工的新施工方法。     

劈裂注浆抬升既有管道效果分析及工程应用

地铁车站施工中常穿越大量的市政管道,由于隧道开挖引起地层损失和地表沉降,地下管道将会发生变形,往往影响地铁施工,注浆是对地下管道进行沉降控制的主要技术措施。以北京地铁黄庄站下穿热力管道抬升注浆工程为研究对象,利用三维有限差分数值方法分析了新建车站开挖引起超大管道的变形特征。结果表明,在抬升区注浆单元施加膨胀压力可以较好模拟注浆抬升既有管道的效果;采用应变软化模型,可以有效模拟土体材料的弹塑性力学行为,反映注浆完成后浆脉的固结和周围土体的湿陷作用。对比注浆抬升模拟计算和沉降监测结果,验证了有限差分数值方法模拟劈裂注浆抬升管道过程的正确性和有效性。同时模拟分析注浆抬升管道的影响因素,获得了一些规律性的认识,为劈裂注浆抬升地下管道工程的施工和设计提供指导。     

大断面矩形顶管上跨施工对既有地铁隧道变形影响研究

大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道施工过程中,由于近距离开挖出土卸荷,导致既有地铁隧道产生上浮变形,危及地铁运营安全。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街—潞阳大街)综合管廊矩形顶管工程为背景,采用FLAC3D有限差分软件建立了大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道的三维数值模型,研究了双线矩形顶管上跨施工引起地铁隧道上浮的变形规律以及采用不同抗浮配重对既有地铁隧道的变形影响,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模型的准确性。研究结果表明:双线顶管上跨施工引起地铁隧道的上浮变形大于单线顶管引起的上浮变形,且最大上浮变形均位于顶管隧道轴线处;施加与开挖损失土体近似重量的配重,可改变地铁隧道原有水平变形规律,导致先穿越的地铁隧道整体向始发井方向移动,后穿越的地铁隧道整体向接收井方向移动。随抗浮配重的增加,地铁隧道上浮位移减小,所受拉应力减小,且施加开挖损失土体重量50%的抗浮配重,可以将地铁上浮变形控制在1.4 mm以内;研究成果为该工程地铁隧道抗浮设计提供了参考依据。