移动三维激光扫描技术在盾构隧道收敛监测中的应用

盾构隧道收敛监测是地铁运营检测的重要监测部分。针对收敛尺、全站仪、断面仪和巴塞特收敛系统、站式扫描仪等传统监测设备和监测方法的缺陷,本文提出一种基于移动三维激光扫描的新型收敛监测方法。移动三维激光扫描技术是利用二维断面扫描仪结合移动轨道车、惯性导航定位及编码器等多种传感器协同作业,通过人工推行扫描的方式全面获取隧道结构点云数据。结合自动化点云处理软件对管片断面收敛进行分析,实现地铁隧道收敛的快速全面监测,弥补了传统收敛监测效率低、断面监测不完善的缺点。工程应用实例结果表明,该方法不仅可以实现隧道收敛快速、高效监测,而且获取的海量点云数据可进一步深度挖掘,为地铁隧道的安全监测提供基础数据,保障地铁安全运行。     

从断裂带内部结构出发评价断层垂向封闭性的方法

盾构施工穿越断层破碎带具有普遍性,而现有的黏聚力沿深度线性变化模型不能充分反应断层破碎带的倾斜性和非均质性,针对这一问题,引入非均质方向角和非均质系数角分别描述断层破碎带的倾斜性、非均质性和非均质系数大小,提出空间非均质分布函数模型。将模型应用于极限分析上限法,推导了盾构穿越断层破碎带隧道开挖面极限支护压力的计算公式,通过算例和工程实例验证了空间非均质分布函数模型的合理性,分析了在不同非均质方向下内摩擦角、黏聚力、埋深比、非均质系数对开挖面稳定性的影响。结果表明：非均质系数角α=90°时,非均质方向角μ的变化对隧道开挖面支护压力无影响;非均质方向角μ≠0°且非均质系数ρ>0时,开挖面支护压力随非均质方向角、内摩擦角、黏聚力、埋深比、非均质系数的增加而减小;非均质方向角μ=0°且H/D≥1时,开挖面支护压力不受埋深比变化影响。非均质方向角对破坏模式形状的影响大于对破坏范围的影响,内摩擦角对破坏模式的形状和范围均有较大影响,非均质方向角和内摩擦角的增大使得开挖面前方塌落体由拱顶往下滑的趋势转变为由前方滑落,针对不同非均质方向角和内摩擦角的断层破碎带的加固侧重点应有所不同。研究结果为确定断层破碎带中盾构开挖面极限支护压力提供了一种可行的计算方法。     

小间距双线隧道土压平衡盾构掘进地表变形规律及控制研究

土压平衡盾构掘进过程中不可避免地会对隧道周边岩土体带来扰动,引起地表变形,影响周围构/建筑物的安全。本文以广州市轨道交通十八号线陇枕出入场线为例,分析该双线隧道在小间距（最小2.5 m）条件下,土压平衡盾构施工参数以及掘进引起的地表变形数据,研究盾构掘进过程中地表变形规律和变形控制措施。研究结果表明,小间距双线隧道土压平衡盾构掘进过程中：地表变形大致经历了5个发展阶段,主要有4种变形趋势;先掘隧道对后掘隧道地表变形的影响效应与先掘隧道本身的地表变形效应基本一致,显著影响区域位于两隧轴线之间;地表变形的影响因素包括盾构施工参数、掘进段工程地质条件、盾构停机等,采取优化注浆压力、注浆量、土舱压力、掘进速度等盾构施工参数、加固地层、减少盾构停机时间等措施可有效控制地表变形。该研究结果为广州市轨道交通十八号线以及类似小间距盾构掘进施工控制提供了一定的理论依据。     

盾构掘进、离开施工阶段对地表变形的影响范围及量化预测

针对盾构掘进中、离开后施工阶段,依据土体弹塑性应力-应变关系进行分析,准确预测地表变形量及影响范围具有重要的理论意义和工程应用价值。在导出隧道周围土体塑性松动圈范围的基础上,提出了盾构掘进中、离开后土体内产生的复合滑动面平面段与水平面夹角分别成45°-φ/2和45°+φ/2(φ为内摩擦角)的结论,推导了土体呈主动、被动状态复合滑动面安全系数F_s公式,并利用随机搜索法,找出可能的滑动面,量化确定盾构掘进、离开阶段横向扰动影响范围。盾构掘进中,地表隆起因盾构上部土体发生剪切位移引起,通过直剪试验曲线中控制应力τ₁、τ₂、τ₃及不同阶段剪切模量G_e、G_p1、G_p2,并依据τ-l曲线控制应力τ₁、τ₂、τ_m及相对应的距离l₁、l₂、l_m。推导出剪切位移公式,预测地表隆起量;盾构离开后,地表沉降由盾构上部土体卸荷产...     

泥岩圆砾复合地层泥水平衡盾构泥浆配比优化研究与应用

泥水平衡盾构在掘进复杂地层时,泥浆性能是维持开挖面稳定的关键因素之一。以南宁轨道交通5号线泥水盾构掘进泥岩圆砾复合地层为工程背景,采用控制变量法,利用自制的模拟泥水盾构掘进系统,比选泥浆外加剂,分析外加剂掺入量和地层复合比对出浆相对密度的影响规律;然后采用析因设计综合分析不同地层复合比、膨水比和渣土用量下,泥浆的渗透规律及动、静态泥膜成膜规律。研究表明:不同外加剂对膨润土泥浆性质改变较大,甲基硅酸钾和氯化钾能够有效降低出浆相对密度,氯化钠、硅酸钠促进泥岩遇水崩解;渣土掺入可有效降低滤水量,提高成膜质量,减少膨润土使用量;刀盘转速小于等于2.5r/min时,泥膜生成速率大于等于破坏速率,保证掘进工作面的稳定性;适应泥岩圆砾复合地层复合比0～1的泥浆膨水比为0.10～0.20,渣土含量为100～200 g/kg,甲基硅酸钾含量为3.75%～7.50%。     

苏州轨道交通CPⅢ平面控制网仿真计算

城市轨道交通轨道控制网（CPⅢ）是轨道铺设和运营维护的基准,具有测设精度高、多余观测数多、使用方便、控制点易保存等特点。本文分析了CPⅢ控制网测量误差来源,基于苏州轨道交通隧道贯通控制点施工成果与第三方成果差值的限差,推导了苏州轨道交通CPⅢ控制网起算点的中误差;根据苏州轨道交通盾构隧道限界图及实测CPⅢ数据、第三轮线网隧道洞径,构建了多种纵横向点对距离的苏州轨道交通CPⅢ仿真控制网;对仿真控制网进行间接平差计算,得出了隧道洞径增大可提高CPⅢ相邻点间的相对点位精度、CPⅢ点对纵向间距不宜超过80 m等结论,对苏州轨道交通CPⅢ控制网的布设、施测具有参考意义。     

地铁隧道盾构连续下(侧)穿不同基础形式建(构)筑物变形影响分析及应对措施建议

以某市地铁五号线某盾构区间连续下穿多栋建筑物为例,通过理论数值三维模拟,结合持续的变形监测数据,分析总结了地铁隧道盾构施工对下(侧)穿建筑物的影响规律。结果表明：临近建筑物区域其纵向沉降值大于其他区域;盾构下穿施工对不同建筑物的影响程度取决于其荷载大小与基础形式;盾构下穿建筑物时增大注浆压力有利于抑制上部建筑物的变形;同时也提出了盾构下穿不同基础形式建(构)筑物的应对措施建议。     

采用矿山法构筑区间盾构隧道渡线段的方案探讨

针对北京地区地质条件,提出了在区间盾构隧道之间采用矿山法构筑渡线隧道的方案,即先在最大开挖断面处拆除管片,沿横向扩挖出一条施工通道;然后在施工横通道侧壁开口,从大断面向小断面进行渡线隧道的断面渐变段、双联拱段和分离单洞的施工,从而在两条区间盾构隧道之间采用矿山法完成渡线隧道的施工;最后,应用FLAC数值计算软件,探讨了管片拆除及隧道断面扩挖引起的地表沉降和塑性区分布范围。研究结果表明,针对北京地区的地质条件,提出的在区间盾构隧道之间采用矿山法构筑渡线隧道的方案具有工程适用性。     

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。     

基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响,针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机制进行了分析,提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型,并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析,研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响,并进行影响因素分析。分析结果表明：基坑开挖前隧道围压呈“钟形”分布;当基坑开挖后,隧道两侧的围压减小,基坑开挖侧的围压减小量更多;基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大,拱顶和拱底的轴力减小;随着基坑侧壁应力释放系数的增大,附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加,而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显;埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感,埋深较大的隧道,尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道,对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低;随着基坑与旁侧隧道净距的增加,基坑开挖对隧道的影响也会减小。