复杂地层水下盾构隧道工程难点及关键技术研究与展望

国家经济一体化需求推动了城市交通网络的蓬勃发展,众多水下盾构隧道工程应运而生。特别是进入21世纪以来,一系列长距离越江跨海隧道的建成和投运标志着我国水下盾构施工成套关键技术取得了显著进步。为促进复杂困难地层盾构掘进技术发展,推动越江跨海隧道施工效率提升,本文以近年来已建和在建的代表性大型水下隧道工程为研究对象,从隧道地质环境、盾构施工技术、工程项目管理等多个角度出发,概述了南京长江隧道、济南黄河隧道、南京地铁10号线越江隧道、苏通GIL综合管廊工程、厦门地铁2号线海底隧道等长距离高水压盾构隧道的工程问题和技术难点,梳理了高磨蚀性砂卵石地层、高黏粒粉质黏土地层、高水压强渗透性地层、江底富含沼气地层、海域密集孤石群地层等复杂地质条件下的水下隧道施工成套关键技术,分析了越江跨海隧道工程地质环境复杂化、盾构设备多样化、掘进施工智能化的未来发展趋势。相关研究成果可为后续复杂地质条件下水下盾构隧道工程的勘察、设计、施工等提供理论依据和技术支撑。     

大连地铁5号线跨海隧道设计关键技术

大连地铁5号线跨海隧道是我国首条岩溶区的跨海大直径盾构隧道,隧道跨海段长度约2.3 km,采用单洞双线的盾构隧道形式,盾构结构为双层衬砌结构,外径为11.8 m。隧道穿越区域工程地质及水文条件复杂,局部地段岩溶及地下水发育,周边控制性因素较多,设计过程中遇到诸多难点。对地铁跨海隧道单洞双线和单洞单线断面形式进行了综合对比,对岩石破碎、地下水发育条件下的大直径盾构进行选型,通过对比及数值模拟,分析了复杂地质条件下盾构隧道双层衬砌的优势,并结合衬砌形式对防排水方案进行优化,提出了完整的盾构穿越岩溶发育区的处理措施。分析结果表明,岩溶发育区地铁盾构隧道在需要设置排烟风道时采用单洞双线盾构隧道方案更优,采用双层衬砌方案,可以显著提高衬砌结构的耐久性。相关研究成果可供类似工程参考。     

福州地铁1号线工程特性及地质风险研究

福州地铁1号线全线为地下建设,地铁路线主体车站与区间隧道工程均在巨厚淤泥层、富水砂层和花岗岩残积土层等地层中施工,通过研究福州地区特有的工程地质、水文地质等条件综合分析,认为盾构机在软硬不均地层、孤石地层,断裂带、富水砂层中穿越是隧道施工的主要风险源。根据地层的不同工程特性分析了在施工中可能引发的风险事故,同时提出了与之对应的风险措施。     

南京德基广场二期基坑支护设计

南京德基广场二期工程位于南京市中心区域,主楼区普遍开挖深度21.50m,附楼区普遍开挖深度19.70m,基坑开挖深度较深,基坑面积巨大.本文通过分析该工程的建筑结构方案、场地的工程地质条件和水文地质条件、周边环境等因素,提出了基坑周边全部采用两墙合一的地下连续墙作为基坑围护结构,并且附楼逆作法施工,结合主楼顺作法施工的设计方案.在此基础上,本文提出了相应的地铁隧道保护措施.另外本文采用通用有限元分析软件,取邻近地铁侧的典型剖面计算基坑开挖对地铁隧道的影响,计算结果显示该工程采用逆作法施工对周围环境影响较小,能满足地铁运营对隧道变形提出的要求.本文对采用逆作法施工的工程具有一定的指导意义.     

复杂地质条件下紧邻地铁隧道基坑工程支护方案研究

为了解决高岩面地质条件下基坑支护方案的选型及邻近地铁隧道保护措施的问题,本文提出了基于地层稳定性分析结果的基坑支护方案选型方法。通过一实际工程,介绍了地层稳定性分析的具体应用过程,并结合三维有限元分析方法,研究了采用吊脚桩支护下的基坑工程开挖对周边地铁隧道的影响问题。最后利用基坑施工过程中的监测数据及邻近地铁隧道监测数据,验证了本文所提出的地层稳定分析方法的可行性和高岩面地质条件下吊脚桩基坑支护方案对邻近地铁隧道保护的有效性。     

隧道下穿地铁拟换乘车站施工监测与安全分析

隧道下穿地铁既有车站为重大风险工程,下穿拟换乘车站时更应进行严格的风险评估与控制,以保证工程施工前后地铁车站的安全运营。本文主要就某新建隧道下穿北京地铁拟换乘车站万寿路站的风险评估和第三方监测进行研究。新建隧道施工可诱发既有车站结构的沉降,造成车站轨道过量变形,进而影响地铁安全运营,本工程采用了结构检测、施工影响模拟预测和第三方监测等工程风险评估和控制手段,结果表明万寿路站受隧道施工影响较小,地铁运营未受影响。     

建筑基坑施工对近接地铁隧道的影响分析

某建筑基坑工程临近既有地铁区间隧道。为明确基坑开挖、支护对地铁隧道的影响,验证基坑支护方案的安全可靠性,本文采用PLAXIS有限元程序进行空间模型分析。结果表明,基坑工程在正常施工条件下对相邻轨道交通设施的影响在允许范围之内,可为今后的类似工程提供参考。     

紧邻地铁枢纽深基坑变形特性离心模型试验研究

对于紧邻地铁枢纽的深基坑工程,其开挖方式对基坑变形特性和施工安全控制有着显著影响。以上海某紧邻地铁隧道的深基坑工程为背景,其设计方案将该基坑工程划分为大、小基坑分别施工,重点研究大、小基坑的开挖方式对于围护结构及地铁隧道变形的影响。针对“先挖大基坑,后挖小基坑”的开挖方案,采用离心模型试验,研究开挖过程中地下连续墙和隧道结构的变形特性。试验结果表明,“先挖大基坑,后挖小基坑”的开挖方案可以有效地控制基坑变形,所得结论对于类似的紧邻地铁隧道深基坑工程设计与施工具有参考价值。     

盾构辅助常压开仓技术在南宁地铁隧道中的应用

盾构开仓是盾构隧道施工中难以避免的一道工序,结合南宁地铁四号线总部基地站-飞龙路站区间隧道的盾构开仓实践经验,介绍了素桩加降水这一辅助常压开仓技术在南宁地铁隧道中成功应用的实例。在介绍工程应用背景的基础上,详细叙述了辅助开仓方法中素桩及降水施工的技术要点,可为南宁地区盾构开仓方案选择提供指导,也可为类似条件下盾构开仓方案的选择提供借鉴。     

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。     

上海地铁隧道建设中工程地质条件及主要地质问题研究

随着上海地铁隧道建设大规模的展开,建设中面临的工程地质问题日趋凸现。本文结合上海市特有的地质条件,分析了与地铁隧道建设相关的工程地质条件,包括工程地质结构特征及浅部含水层地下水位特征。在此基础上,对地铁车站基坑开挖以及区间隧道施工可能面临的工程地质问题进行了分析研究,绘制了市中心地区工程地质问题严重性程度分区图,可为工程设计、施工提供从参考依据。     

重叠隧道上覆地层变形规律分析

通过对深圳地铁Ⅰ期工程浅埋暗挖法施工的重叠隧道现场调研,并结合施工中的试验、监测成果对重叠隧道上覆地层（地表、地中）水平、竖向变形和隧道结构变形进行了综合分析,明确了富水含砂软弱地层地铁隧道拱顶沉降大于地表沉降的事实,得到地层变形的三维变化规律和重叠隧道分步开挖的施工时空效应;并实测得到未降水施工条件下隧道结构周边超静孔隙水压力分布及其随开挖变化规律。研究结果对于同类地层条件下地铁隧道设计、施工有一定的借鉴作用。     

基坑开挖对下卧运营地铁既有箱体影响的实测及分析

天津西站交通枢纽西青道下沉隧道工程上跨于已运营天津地铁1号线区间既有箱体,其上跨段隧道底板距既有箱体顶板仅0.3 m,需对其可能引起的既有隧道变形进行严格控制。设计中对运营线路有针对性地提出地基加固、分段开挖、及时堆载回压等施工方案及措施。通过对西青道下沉隧道下邻近既有地铁隧道的抗浮桩、三轴水泥搅拌桩施工和基坑开挖阶段的监测数据进行分析,研究了不同施工阶段的地铁箱体及轨道变形规律及特点。实测结果表明,在邻近既有地铁隧道处施工钻孔灌注桩可引起既有隧道下沉,基坑开挖可引起既有隧道上浮。分块开挖、分段压载并结合信息化施工可有效控制因开挖卸荷引起的既有隧道竖向位移及隧道箱体之间的差异变形。     

软土地区地铁、隧道工程勘察

地铁、隧道工程勘察有别于工业和民用建筑。在呈线状分布的地铁、隧道工程中,岩土层是构筑物存在的环境,软土地区地铁、隧道更存在特殊的岩土工程问题,包括在勘察方案策划、地层单元体划分和评价、水文地质(环境)勘探和评价等。文章就上海软土地基地铁、隧道工程勘察展开探讨。     

地铁隧道复杂洞群施工性态三维数值模拟分析

深圳地铁大～科区间渡线隧道工程是一个结构极为复杂的洞群系统工程问题,由于地质条件差且周围环境条件限制严格,施工难度和风险极大,文中对该实际工程进行了施工优化分析,建立了复杂的三维有限元计算模型,并对该工程的施工过程进行了三维弹塑性仿真分析,取得了一些有意义的成果,工程实践表明,文中的分析结果是合理可靠的.     

地铁隧道开挖引起地表塌陷分析

深圳富水软弱地层地铁隧道开挖中出现的工作面失稳及由此引起的地表塌陷是地铁安全施工中极其重要的方面，对施工安全、进度都有较大影响，同时也对整个工程造成巨大的经济损失。通过对深圳地铁Ⅰ期工程土建施工中全线部分暗挖标段出现的工作面失稳、地表塌陷工程实践和现场监测结果分析，特别着重对连续2次出现地表塌陷的3A标暗挖隧道研究，从隧道上覆地层物理力学性质参数、地层变形监测分析及施工工艺原因3方面阐述了地表塌陷的原因。明确提出剪切破坏线和失水空洞区的概念，确定出引发地表塌陷的主导因素为施工工艺原因。建议针对该类地层条件，应做好超前地质预报．适当调整预加固参数．加强隧道结构和地表的动态变形监测，施工技术人员做到准确了解施工现场动态，及时调整施工工艺参数，以保证隧道的安全施工。分析结果对深圳地铁Ⅱ期工程施工及类似地层条件地下工程施工提供科学预测、预防地表塌陷的方法和技术措施，达到地铁隧道施工中经济效益与安全施工的统一。     

基坑开挖卸载对地铁区间隧道影响的数值模拟

上海新金桥广场基坑工程位于地铁区间隧道的正上方,坑底距隧道顶的最小距离仅为4 m.基坑开挖对该地铁区间隧道影响的分析与计算成为该工程的关键.为此建立了该基坑工程的数值分析模型,模型充分考虑了设计中隧道周围土体加固、充分利用时空效应开挖土方等重要措施,并采用了能反应应力路径的上海软土卸荷模量.数值模型对实际施工工况进行模拟,动态地分析了施工过程中开挖卸荷对地铁隧道的影响.为优化设计和施工提供了有益的参考.     

上海地区地质条件对地铁工程造价的影响

以上海地区地质条件作为研究背景,探讨其对降低地铁工程造价的影响.全文从上海地区浅层土的工程性质、岩土工程勘察的准确性、盾构法隧道施工前的环境调查与工程地质勘察问题对软土地区地铁工程造价的影响进行了分析研究,并列举了降低隧道工程造价的实例.文中所探讨的内容对软土地区特定的地质条件下如何优化设计、降低地铁工程造价有较好的参考价值.     

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。     

隧道软弱断层破碎带施工控制技术研究

以正阳隧道软弱断层破碎洞段为研究对象,分析了施工过程中出现的坍方、拱顶落石、掌子面涌泥、支护开裂剥落等造成施工障碍的工程难题,结合隧道所处地质条件、地理位置及施工措施等因素拟定安全施工控制技术方案,施工实践效果良好,可供同类工程参考。