大直径盾构隧道扩挖地铁车站的力学性能研究

日益复杂的地铁建设环境使得地铁线路布置困难、施工风险加大,同时对施工方法也提出了更为严格的要求。采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间并在盾构隧道基础上小规模扩挖形成车站是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线高家园站为背景,提出了在外径10 m的大直径盾构隧道基础上采用CRD(Cross Diaphragm)法扩挖地铁车站的两种方案,利用“地层-结构”相互作用有限元法模拟了车站扩挖施工过程,研究了结构体系的受力转换规律。结果表明：在扩挖施工中,结构受力转换频繁;结构体系的最大轴向应力位置由管片环转移到初期支护,最大剪应力位置转移到封顶块管片;管片环由受压状态为主转向受剪状态为主,初期支护、中隔板、梁柱及临时支撑以受压状态为主;封顶块管片和顶梁上部翼缘处的应力较大,应对这些位置进行加强处理。     

盾构测量中的工作方法概述

一、联系测量工作 联系测量是把地面上的坐标和高程系统通过竖井或平峒斜井等传递到地下,使地上地下坐标和高程形成一个共同的系统的工作。在地铁建设中盾构施工大多是通过竖井进行,有的竖井深度达到几十米深,直接用导线测量的方法由于导线的短边及俯仰角大等因素,对精度的影响太大有的就很难实行,一般多采用吊钢丝用一井定向或两井定向的方法进行联系测量,此方法传统可靠,除了用全站仪外不用再添加其它设备。近井点是为了便于进行联系测量在井口附近做的控制点,可以在一个井口边做两个点,用导线测量或双极坐标法测量,如果是两井定向有条件则要把两个井边的近井点连到导线里面参与平差提高精度。     

盾构隧道管片衬砌的平板壳-弹性铰-地基系统模型

从Reissner-Mindlin板单元入手,研究了盾构隧道管片衬砌结构之间的连接特征及土层与管片衬砌结构的共同作用,提出了盾构隧道管片衬砌结构的平板壳-弹性铰-地基系统模型,在此基础上研制了相应的有限元计算程序。该模型考虑了管片衬砌本身的弯曲、剪切和薄膜作用,考虑了纵向接缝在正负弯矩作用下的转动刚度差异和环向结缝对结构刚度的削弱作用,以及土层与衬砌结构的共同作用。能解决盾构隧道管片衬砌结构的三维受力分析,并能计算出结构的内力和变形,弥补了二维计算模型的某些不足。验证了程序的可靠性,最后给出了工程算例的三维计算分析结果。     

基于盾构影响的长江砾石层工程地质研究

拟建长江盾构地铁隧道(江心洲站—中间风井区间)局部穿过长江砾石层,砾石层中卵石、砾石等颗粒级配,最大粒径、大粒径卵石、砾石含量,砾石层密实度以及卵、砾石单轴抗压强度对盾构刀盘选型、盾构掘进均产生影响。基于盾构影响的角度结合工程实践,采用水上钻探方法,详细查明长江大盾构隧道所穿越砾石层的工程地质特性。结果表明,长江大盾构隧道所穿越砾石层的工程地质特征要求盾构掘进遵循排小碎大的原则,合理选择盾构刀盘的开口尺寸、开口率、滚刀刃间距等,并加设耐磨保护装置,注入改良渣土的泡沫试剂等,掘进时合理控制盾构推进的速度、转速和锥入度,为工程实际中过江大盾构选型、盾构掘进施工提供地质依据。     

土压平衡盾构改性砂土流动特性的离散元模拟

对运用离散单元法模拟改性土流动特性的可行性进行了分析,提出了改性土离散元接触本构模型,在此基础上对改性土坍落度实验进行了离散元数值模拟。在实验室内对标准坍落度实验进行了改进,坍落度实验数值模拟得到的改性土坍落后的形态再现了实验室结果,并且标记点的垂直位移与实验室实测结果一致性较好。     

土压平衡盾构掘进参数关系及其对地层位移影响的试验研究

土压平衡盾构机施工过程中,正确地选择掘进参数可以有效地保持开挖面稳定、减少土体位移和地面沉降。通过对杭州地铁1号线盾构隧道施工进行现场监测,研究了盾构机参数关系及其对地层位移的影响。监测内容包括：地表沉降、土体侧向位移、超孔隙水压力以及记录盾构机实时工作参数。研究结果表明,盾构机总推力、土舱压力和刀盘扭矩变化基本同步;盾构机到达前,地表沉降主要受出土率的影响,施工沉降与盾构机土舱内外压力差值成反比;盾尾通过测点后0.5～1 d时间,超孔隙水压力快速下降,且在盾尾通过10 d左右完全消散;工后沉降分为加速沉降阶段和缓慢沉降阶段,占总沉降的 50% 以上,且在孔压计超孔隙水压力消散后继续缓慢发展。     

不同断面混合工法小净距隧道施工影响分析

厦门市轨道交通1号线某地铁车站站后设置停车线,依据工程图纸,左线隧道和停车线采用双线单洞大断面暗挖法施工（CRD工法）,隧道直径11.53m,右线隧道采用盾构法施工,隧道直径6.2m,两隧道净距3.85m。本文应用三维动态数值模拟的方法,对不同断面、混合工法、小净距双线隧道的施工顺序进行了研究,并分析了两隧道净距对先行隧道的影响。研究结果表明：1）采用先小后大的施工顺序（即先采用盾构法施工右线隧道,后采用大断面暗挖法施工停车线）可有效减小地表沉降、邻近建筑物变形及隧道结构体系变形。2）当两隧道净距大于1.5D（D为大断面隧道直径）时,后行隧道施工对先行隧道影响较小,附加变形小于3mm。3）大断面暗挖隧道中隔墙拆除阶段对地表沉降量及邻近建筑物变形影响较大,对于此时的变化速率应加以重视。研究结果对相关工程的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

砂性地层中地铁盾构隧道管片结构受力特征研究

以南京地铁一号线穿越砂性地层盾构隧道为研究对象,对管片环施工全过程和稳定期进行了现场系统研究。采用考虑结构与地层相互作用的梁-弹簧模型进行理论计算,探讨了砂性地层中盾尾注浆、土体应力松弛、水压力及拼装方式对管片环土水压力、纵缝张开量、内力等的分布和变化规律的影响,揭示了砂性地层中地铁盾构隧道管片环的结构性能及其与地层的相互作用特性,提出了适用于砂性地层条件下的地铁盾构隧道设计原则与方法。     

盾构施工对大型立交桥超长桩工作性状的影响

盾构近距离穿越大型立交桥超长桩基础会对桩基础及上部桥梁结构产生不利影响。通过对盾构近距离侧穿超长桩基础过程进行数值模拟,研究了不同深度处盾构掘进对超长桩承载性状、变形和内力的影响。研究表明：盾构近距侧穿超长桩会导致桩身出现较大变形及内力,且隧道轴线与超长桩处于不同相对位置时会对桩的特性产生不同影响。其他条件不变时,盾构从桩身上部的近距离穿越,将引起桩身最大的横向水平位移;盾构从桩身中部近距离穿越则将引起桩身产生沿盾构掘进方向的最大的水平位移;盾构从桩端附近穿越时将引起桩身产生最大的竖向位移;盾构从桩身中下部穿越时将引起桩身产生最大的附加轴力。桩身侧阻在隧道轴线附近呈“S”型,同时桩身轴力最大值也出现在隧道轴线附近。盾构导致桩身产生纵向和横向变形延伸至桥面高度的变形量相当可观。当盾构穿越高架桥梁基础时应该严格控制桩顶水平位移。     

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。