软土地层超大盾构穿越运营地铁隧道的变形控制技术研究

研究了上海软土地层14.27m土压平衡盾构近距离上穿运营地铁隧道的上浮控制技术。采用数值分析方法分析了开挖卸载和不同堆载方式下大直径盾构推进对于下方隧道的影响范围和影响程度,提出了盾构施工参数控制结合隧道内堆载的施工变形控制理念。通过在上海外滩通道工程穿越运营地铁2号线的施工实践,验证了该控制方法的可行性,为类似工程提供了可供借鉴的实用方法,也丰富了上海工程性地面沉降的防治实践。     

盾构近距离穿越高架桩基的施工影响与保护措施

上海长江西路越江工程规模为双洞6车道盾构法隧道,采用外径为15.43 m的超大泥水盾构进行掘进施工。根据线路规划方案,该隧道需要近距离往返2次穿越逸仙路高架和地铁3号线高架桥墩桩基。盾构隧道的直径较大,并与高架桩基间的距离约为1 m,且不符合相关工程保护条例的要求,因此,有必要对盾构隧道近距离穿越高架桩基的施工影响和保护措施进行研究。借助有限元数值分析,模拟隧道近距离穿越高架桩基的施工过程,在考虑盾构施工引起地层损失的基础上,采用全方位高压喷射工法（MJS）加固桩基,并考虑不同的加固范围,分析施工对桩基变形和承载力的影响,提出一种安全经济的桩基保护措施。通过与实测数据对比,验证了提出的桩基保护方案的合理性。     

盾构近距离穿越施工的工作面土压力研究

盾构近距离穿越已建地下构筑物位移场的影响因素及其敏感性与常规施工有较大的不同。结合上海地铁四号线隧道超近距离穿越运营地铁隧道的工程实例发现当盾构接近上方近距离（净距为1.05 m）地铁隧道时地层土压力发生较大变化,相应的盾构土舱管理压力需作相应调整。根据隧道受荷机理及弹性力学原理,找到了这一问题的理论依据,便推导了相关理论公式,并在实际工程中设计了盾构土仓管理压力分步台阶控制方案,对盾构控制起到了很好的指导作用,成功地将地铁位移控制在5 mm之内。土压力实测结果与理论推算的数值大小及分布相当接近,说明所采用的理论方法是正确可靠的,在盾构超近距离穿越施工中具有重要指导意义。     

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。     

盾构近距离穿越相邻隧道施工的数值解析

近距离穿越施工时盾构对周围地层位移场的影响明显不同于常规施工.结合上海地铁隧道近距离穿越工程实例,运用边界单元法模拟分析了掘进施工过程中盾构对已建建筑的影响,同时对施工参数进行了理论探讨.结果表明,盾构壳体是影响周围地层的主要因素,而且其影响具有滞后性和累积特性,在施工中需要超前控制.     

平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究

西安轨道交通工程是目前首例在我国黄土地区修建的地铁隧道,一号线枣园北路站至汉城路站K12+792.744～K12+889.899区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的功能需要,选取了左线小断面隧道为盾构法与右线大断面隧道为CRD法相结合的施工方案。针对该地铁隧道的施工过程,进行了三维动态数值模拟和施工力学分析,通过分析施工引起的地表变形、中间土体应力和围岩塑性区的特征和规律,从而研究得出CRD法与盾构法隧道先后施工相互影响的规律性成果：先行大断面隧道采取CRD法施工对后行小断面盾构隧道上方地表沉降的影响较后者对前者的影响大;后行隧道的贯通使得先行隧道开挖形成的地表变形轴线向后行隧道侧偏移了约0.5倍净距,并且地表变形的横向影响范围和地表沉降量均有增大,主要表现在靠后行隧道一侧;先行大断面隧道的开挖较后者对中间土体应力影响大,对相邻洞土体的影响在同掌子面处最为显著。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究,可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供具有指导意义的研究成果和宝贵的工程实践经验。     

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FLAC^3D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。     

新建盾构隧道近距离侧穿既有隧道相互影响分析

为探究新建盾构隧道近距离侧穿既有隧道的相互影响,以武汉市轨道交通5号线盾构施工平行侧穿既有2号线区间工程为背景,使用FLAC3D软件建立了盾构隧道与既有隧道的数值模型,研究新建盾构隧道施工对既有隧道变形的影响规律,分析新建盾构隧道在列车动荷载作用下的拱顶变形特点,并结合现场监测数据进行了验证。研究结果表明:距离盾构开挖掌子面越近,既有隧道拱顶的变形速率越大,反之变形速率较平缓;既有隧道两侧水平变形呈现向隧道内凸的趋势,且靠近盾构隧道一侧的变形量远大于对侧,但两者变形量均在预警值范围内;盾构开挖时会引起既有隧道靠近盾构隧道一侧的水平变形增大,并在后续注浆步骤完成后略微减小,随后维持稳定;新建盾构隧道在既有地铁列车动荷载作用下拱顶变形量变化较小。     

紧邻多孔交叠盾构隧道施工影响分析

紧邻多孔交叠隧道是随着地铁建设的不断深入发展而出现的一种复杂的隧道空间分布形式。依托武汉地铁2号线和4号线工程,针对4孔紧邻交叠隧道,采用三维有限元方法分析了隧道动态施工过程引起的地表变形规律以及后建隧道对已建隧道受力与变形的影响。计算结果表明：隧道埋深对地表变形影响显著;紧邻4孔交叠隧道施工引起的地表最终变形达到了32 mm,超出了规范的限值;隧道埋深越大,引起的地表变形越小,但影响的范围越大;紧邻4孔交叠隧道施工时的影响范围为：前方约为30 m、后方约25 m、单侧约30 m;隧道的变形主要表现为上下压扁,两拱腰外扩,变成倒鸭蛋形;隧道的变形主要发生在盾构机刀盘通过前后约1D的范围内,随后很快趋于稳定;隧道结构的沉降主要取决于隧道自身以及其上部的垂直隧道的施工,邻近隧道的施工主要影响已建隧道的侧向变形;后建隧道将少量增加已建隧道管片内的内力。研究成果可为武汉地铁建设以及国内今后类似工程的设计与施工提供参考和指导     

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。     

Simulation of Stress Distribution around Tunnels and Interaction between Tunnels Using an Elasto-plastic Model

This article presents a computer simulation of stress distribution around tunnels and interaction between tunnels using an elasto-plastic model. A finite element method using ANSYS software has been used for the analyses of one and two tunnels at different overburden depths with different separating distances between the tunnels. The results of numerical analyses indicate that stress distribution and stress concentration around the tunnels vary with the overburden depths. It is found that the coefficients of stress concentration for elasto-plastic medium are smaller than those for elastic one by 1.9%. Furthermore, the interaction between the two tunnels rapidly decreases with the increase of separation distance between them. In addition, for quantitatively describing the interaction between the two tunnels, a critical separation distance is introduced. The critical separation distances between the two tunnels at different overburden depths are 8 m, 12 m, and 14 m respectively. This fact is very important and essential for the design of mining tunnels and to ensure safety in tunnel engineering.     

Simulation of Stress Distribution around Tunnels and Interaction between Tunnels Using an Elasto–plastic Model

This article presents a computer simulation of stress distribution around tunnels and interaction between tunnels using an elasto-plastic model. A finite element method using ANSYS software has been used for the analyses of one and two tunnels at different overburden depths with different separating distances between the tunnels. The results of numerical analyses indicate that stress distribution and stress concentration around the tunnels vary with the overburden depths. It is found that the coefficients of stress concentration for elasto-plastic medium are smaller than those for elastic one by 1.9%. Furthermore, the interaction between the two tunnels rapidly decreases with the increase of separation distance between them. In addition, for quantitatively describing the interaction between the two tunnels, a critical separation distance is introduced. The critical separation distances between the two tunnels at different overburden depths are 8 m, 12 m, and 14 m respectively. This fact is very important and essential for the design of mining tunnels and to ensure safety in tunnel engineering.     

地铁双隧道施工引起地表沉降及变形的随机预测方法

地铁施工引起地表沉降及变形的预测和控制是一个有待于深入研究的重要课题。地铁区间隧道大多为近距离的双孔平行隧道,两隧道开挖引起的地表沉降及变形往往相互叠加,导致沉降及变形预测更加困难。以随机介质理论为基础,对预测公式进行了改进,实现了双孔平行隧道施工引起的地表沉降、水平位移、水平变形、倾斜、曲率预测,研发了城市隧道开挖引起的地表沉降及变形预测系统。对多处双孔平行隧道工程进行了理论预测与验证,实测沉降证明了理论方法与预测系统的科学性和有效性。     

断裂构造对山区公路隧道选线与施工的影响研究

断裂构造对于岩体的工程性质起着十分重要的作用。建设中的十漫 (十堰至漫川关) 高速公路,地处两郧断裂带穿越地区。结合该段最长的隧道——二道垭隧道左、右隧道不同围岩类别与特征,分析了两郧断裂带的影响。针对隧道不同围岩类别,探讨了不同的开挖和支护方法,并就其施工效率和成本进行了比较分析。研究成果表明, 断裂构造对隧道施工和稳定性有重要影响。高速公路选线应加强勘察,尽量避开断裂带,从而达到施工安全、迅速、经济的目的。     

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。     

偏压、错台小间距隧道施工位移场动态模拟分析

采用三维非线性有限元法,对偏压、错台的浅埋小间距隧道在不同开挖顺序下的动态施工过程进行了模拟。通过对位移场的分析,研究了其施工力学特性。由于两隧洞之间的相互影响,并行小间距隧道对围岩的扰动程度大于两独立隧道作用的叠加;相互影响对中间岩柱的作用最为明显,对洞周、地表影响相对较弱。两洞开挖顺序不同,最终位移场的分布规律相同,但量值上存在一定差异。研究给出了在偏压、错台情况下的两洞开挖的合理顺序。     

浅埋大跨小净距隧道断面形态及合理间距的优化研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线型规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。利用大型有限元分析软件ABAQUS的标准设计语言Python编程,对某拟建大跨度小净距隧道不同扁平率及其间距进行参数化设计;采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元优化分析计算程序,以隧道开挖面积、围岩塑性区、地表沉降和拱顶下沉等作为优化目标值,对建立的参数化模型进行计算,提出依托工程条件下扁平率及间距的最优组合。研究方法和成果对推动大断面小净距隧道的发展和应用具有重要的现实意义。     

平面P波入射下浅埋平行双洞隧道注浆加固减震机制

地震动作用下小净距隧道双洞之间存在动力放大效应,依托某强震区小净距盾构隧道工程,基于傅里叶贝塞尔级数展开法,给出了平面P波垂直入射下地下半空间弹性介质中圆形双洞复合式衬砌洞室动应力解析解,深入研究了洞室间距、隧道全环注浆加固参数对衬砌动应力集中的影响。研究表明：洞室间距对衬砌的动应力有显著影响,随着洞室之间距离减小,左右洞室衬砌动应力明显放大;2.5倍洞径可以作为双洞洞室动力临界净距,当洞室间距小于2.5倍洞径时,应进行抗减震设计;注浆全环加固隧道周边土体,可以明显降低衬砌动应力,随着注浆加固区土体刚度增加,衬砌动应力幅值减小;结合工程实际,建议注浆加固区厚度取0.5倍的洞室半径值,加固区岩体和围岩剪切波速度之比取1.2。