未确知测度理论在盾构下穿既有隧道安全风险评价中的应用

盾构下穿既有隧道工程施工通常存在较大风险,为了对风险等级做出准确有效的评价,提出了基于未确知测度理论的盾构下穿既有隧道安全风险评价模型。首先,通过对相关规范和现有文献的研究,并结合盾构下穿隧道施工的特点,构建了盾构下穿既有隧道安全风险评价指标体系,包括盾构掘进参数、新建隧道条件、既有隧道条件、地质条件和施工管理条件5个一级指标,以及掘进速度、掘进推力、注浆压力等19个二级指标;其次,将综合安全风险划分为5个等级,并明确了各指标的等级划分标准;然后基于熵权-未确知测度理论构建盾构下穿既有隧道安全风险评价模型,采用熵权法确定指标权重,根据未确知测度理论构建各指标的单指标未确知测度函数,将各指标数据值代入单指标未确知测度函数中得到单指标测度评价矩阵,结合指标权重和单指标测度评价矩阵计算得到多指标测度评价向量,依照置信度准则确定安全风险等级;最后,将提出的模型应用于实际盾构下穿既有隧道工程中,对其进行安全风险等级评价。结果表明,模型评价结果与实际风险等级一致,并通过与模糊层析分析法对比验证了所提模型应用于工程实践的有效性,研究结果可为实际施工安全管理提供决策支持。

超大直径盾构下穿高铁路基的沉降数值分析

为探究超大直径盾构隧道下穿城际铁路路基沉降规律,以中国武汉两湖隧道工程为例,基于Plaxis有限元软件,建立了铁路路基-土体-隧道的三维精细化数值模型,探讨盾构掘进过程中地层损失率、开挖面支护压力、盾尾注浆压力对隧道上方城际铁路路基沉降的影响.结果显示,盾构下穿复合地层的过程中,高铁路基道砟层表面在盾构掘进方向上会发生不同程度的沉降;当盾构掘进引起的地层损失率从1.0%增加到1.6%时,铁路路基的最大沉降从18.86 mm增加到22.71 mm,增大了20.4%;当开挖面支护力处于隧道拱顶侧向静止土压力的0.7~1.4倍时,不同工况下盾构掘进引起的铁路路基变形差异较小(小于0.67 mm);注浆压力对铁路路基的沉降影响明显,随着注浆压力增大,铁路路基的沉降明显减小.当隧道拱顶注浆压力增大到拱顶侧向静止土压力的3倍(648 kPa)或以上时,沿铁路路基的最大差异沉降未超过规范要求(≤5 mm/10 m).研究结果可为超大直径盾构下穿高铁路基时掘进参数的设置提供参考.

双洞单线地铁隧道下穿既有隧道工程施工扰动评价方法研究

针对下穿工程中新建地铁隧道与隧道净距有关的施工叠加扰动问题,基于层次分析模型,建立双洞单线地铁隧道(简称“新建隧道”)下穿工程施工扰动评价方法,结合隧道结构的施工力学特性,分析水平净距对隧道间的施工扰动影响规律。依托苏州地铁3号线金东区间下穿既有地铁1号线区间隧道工程,采用数值分析方法分析新建隧道水平净距对施工力学特性的影响规律,并给出了地表沉降与水平净距、既有隧道变形与水平净距的函数拟合关系加以验证。研究表明:(1)既有双线隧道变形曲线由“V”形过渡至“W”形,水平净距超过9D(D为隧道直径)后,新建隧道变形曲线呈双“V”形;(2)当水平净距大于9D后,既有隧道穿越的上方地表变形范围趋于稳定;(3)既有隧道变形随着隧道水平净距的增加而减少,当水平净距达到9D后,其变形范围趋于稳定;(4)新建隧道后行洞施工会引起先行洞的附加变形,当水平净距大于6D后,该附加影响可忽略。(5)随着水平净距的增加,施工扰动逐渐降低并趋于稳定。净距达到3D时,施工扰动程度的变化率最大,确定了下穿既有双线隧道的新建隧道最小水平净距为3D;当新建隧道的水平净距大于7D后,既有双线隧道不存在叠加扰动。

盾构隧道超近间距下穿运营盾构隧道管片环变形规律研究

为研究盾构下穿既有盾构隧道施工过程中既有隧道管片环分块变形规律,依托北京地铁19号线盾构近距离下穿7号线既有盾构隧道的工程实例,采用FLAC3D软件建立考虑管片分块拼装的三维计算模型,并结合实时监测技术对盾构穿越过程中既有隧道管片环分块变形进行监测。研究结果表明:在盾构近距离下穿既有线施工过程中,既有线管片沉降呈现“双峰式”,且新建隧道先行盾构上方既有隧道管片沉降更大;既有线管片整体向新建隧道掘进方向偏移,管片环分块水平位移程度在不同点位表现出差异化,其中各环两侧管片的水平位移最为明显且互相对称,拱顶和拱底仅发生整体偏移;既有隧道受后行盾构掘进影响时间较先行盾构更长,引起既有线管片向开挖方向偏移量更大,引发的管片水平位移也更加显著。既有线在发生整体偏移的同时,管片向两侧发生水平位移,最终管片水平位移表现取决于管片整体朝下穿隧道掘进方向的偏移量与管片环自身形变的叠加作用。

盾构下穿施工既有管线沉降分析及预测

隧道下穿既有管线施工容易造成管线变形及破坏,为了预测隧道下穿施工时的管线变形量,及时采取措施控制管线变形,亟需提出一种管线变形预测方法.以上海某大型断面越江隧道为工程背景,建立盾构下穿既有管线数值模型,定量研究了隧道下穿过程中,隧道直径、管线直径、管隧净距以及管线埋深四个因素对管线变形的影响,并得到了隧道施工对管线沉降影响的多因素耦合公式.隧道下穿完成后,管线及地表沉降均呈现出中间大、两边小的规律.管线最大沉降随着隧道直径、既有管线直径的增大线性增大,随着管隧净距的增大线性减小;管线直径在小于0.5 m时对管线变形的影响较小.提出了描述管线沉降与三个因素之间定量关系的拟合公式,用于隧道下穿管线的估算,对类似工程具有直观参考作用.

正交下穿截污管盾构开挖面被动失稳颗粒流模拟研究

目的 对砂土地层土压平衡式盾构下穿截污管施工工况进行研究,以解决由于支护压力过大导致的开挖面被动失稳问题。方法 以沈阳地铁三号线下穿截污管区段为背景,利用颗粒流程序建立数值模型,研究截污管存在下的开挖面被动失稳模式、支护压力变化以及地层应力分布。同时分析了管隧垂直净距与细观摩擦系数对极限支护压力的影响。结果 开挖面失稳模式和极限支护压力均受盾构开挖位置的影响,当开挖面位于管道前方1.0 D时,管道对失稳模式的影响最大;盾构穿越管道前,管道下部土层出现应力增大现象;极限支护压力随着管隧垂直净距、颗粒摩擦系数的增大而增大。结论 在盾构接近且未穿越截污管时,管道对开挖面被动失稳机理产生了显著影响。

地铁盾构施工下穿既有明挖隧道模型试验研究

为探究盾构下穿施工对既有隧道结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市地铁5号线下穿6线隧道为工程背景,基于几何相似比配制地层和结构模型试验材料,并设计试验监测系统。采用直径1 200 mm小型盾构机,试验模拟盾构隧道以不同深度垂直下穿既有6线隧道的施工过程,并分析下穿过程中既有6线隧道和地层土体的沉降变形规律。结果表明:随着既有隧道底部地层距盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为1.5倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道拱顶距离分别为1倍洞径和1.5倍洞径时沉降最大差值为31.25%;6线隧道结构与其下方地层产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于80%。

地铁车站洞桩法施工扩挖并行下穿既有建筑物的施工影响

[目的]受地面既有建(构)筑物影响,有的地铁车站两端盾构接收区车站主体围护桩无法施作,须采用洞桩法施工。对此需研究地铁车站洞桩法施工扩挖并行下穿既有建筑物的施工影响。[方法]以成都地铁18号线新建倪家桥站下穿既有建筑物工程为研究对象,建立有限元模型,根据实际施工方案,对地面和既有建(构)筑物沉降特征进行分析,并采用现场监测数据进行验证。[结果及结论]采用超前大管棚、临时立柱支撑体系、7导洞分部开挖以及人工挖孔灌注桩等洞桩法施工技术,能够在有效控制地面和既有建筑物沉降的前提下,成功实现车站主体围护桩的施作;对地面沉降和既有建筑物沉降影响最大的施工步骤是导洞(1)、(3)、(5)、(7)的开挖;既有建筑物在导洞(1)、(2)处沉降明显,最大沉降值为9.62 mm,是模拟结果沉降值的1.5倍,现场监测结果与模拟结果均满足安全控制要求。

基于正交试验的盾构隧道下穿单桩影响因素敏感性分析

为探究盾构隧道下穿单桩时各影响因素的影响力大小,采用正交试验和数值模拟方法,并考虑桩顶荷载的作用,以桩顶沉降和桩顶水平位移为评价指标,探讨盾构下穿单桩的主要影响因素影响力大小,并对最主要影响因素进行进一步分析;考虑到单桩承载性状不同,分析了桩端到隧道拱顶净距变化时,盾构隧道正下穿摩擦型单桩和端承型单桩桩顶沉降的不同。结果表明:桩轴线到隧道轴线的水平距离为最主要影响因素;随着单桩与隧道水平距离的增加,桩顶沉降逐渐减小,而桩顶水平位移先增大后减小,在单桩与隧道间距达到2 D时桩顶水平位移达到最大值;当桩端与隧道拱顶净距小于3 m时,随着竖向净距的减小,端承型单桩比摩擦型单桩的桩顶沉降增量更加明显,且发生突变。

地铁车站下水平冻结过程中冻胀的热−水−力耦合模型研究

随着地下空间大规模开发利用,人工冻结法在隧道下穿上覆结构工程中得到广泛应用,但上覆结构对冻胀变形控制要求也越来越高,而上覆既有结构与冻结法工艺的相互作用规律尚不明晰。为此,提出多物理场耦合冻胀变形计算方法。依托上海地铁18号线国权路站下穿既有10号线上部运营车站的盾构隧道工程,以上海第⑤_(1)层灰色黏土为对象,研究新建隧道冻结法施工对上部运营车站主要结构的扰动作用。以孔隙比、冻结温度和平均水压力为耦合变量,考虑水分迁移,推导冻胀变形公式,改进热−水−力耦合的冻胀计算模型。基于黏性土的冻胀试验,获得冻胀试样的应力−应变关系,描述黏性土孔隙结构的变化规律。利用软件COMSOL Multiphysics的弱形式模块,开展热−水−力三场耦合数值模拟。结果表明:模拟结果与监测数据具有较高的拟合度,并小于预定的控制值,验证了耦合理论的正确性。研究成果可为类似冻结下穿隧道工程,提供一种多物理场耦合作用的上覆结构变形计算方法;为下穿隧道工程冻结法设计及施工提供有效的计算参数;为制定下穿隧道工程冻结法加固施工的安全控制指标,提供科学依据。

隧道下穿诱发既有管道-土体非协调变形解析研究

为分析隧道下穿既有管道施工时既有管道底部脱空对其挠曲响应的影响,提出隧道下穿施工诱发既有管道-土体非协调变形理论模型及其解析解.首先,将既有管道视为无拉力Pasternak地基上的Euler梁,根据管道与底部土体的接触状态,建立下穿施工引起既有管道-土体非协调变形控制方程,并推导出既有管道挠曲计算式;然后,采用提出的理论方法,探讨了既有管道脱空区上部竖向土压力、抗弯刚度及其所处位置地层沉降槽宽度和最大值等参数对其底部脱空区长度的影响;最后,提出下穿施工引起既有管道底部脱空区长度的参数归一化经验计算式,进一步简化新建隧道下穿施工引起既有管道挠曲的计算方法.研究结果表明:既有管道底部脱空区长度与2个归一化参数(既有管道抗弯刚度与地基刚度比、既有管道脱空区上部竖向土压力与地层自由沉降槽最大值比)呈较好的相关性,其拟合公式计算值与理论数据的相关系数接近于1.

大直径盾构隧道穿越高速铁路桥梁关键技术

以苏州桐泾路北延工程大直径盾构隧道穿越沪宁高速铁路(上海—南京)桥梁桩基为工程背景,对隔离桩+MJS(Metro Jet System)注浆加固综合地层处置措施进行了数值模拟,并对穿越过程的施工控制措施进行了实践检验。结果表明:综合地层处置措施能有效控制桥梁墩台的变形,可降低至不采取措施时的6%~10%,并满足不超过2 mm控制值;结合控制盾构掘进参数、同步注入克泥效等施工主动控制措施,盾构左线、右线穿越期间桥梁墩台变形稳定,其各方向实测最大位移均未超过0.5 mm。隔离桩+MJS注浆加固综合地层处置措施有效,可为类似工程提供借鉴。

盾构下穿河道地层沉降分析与支护力优化确定方法——以济南地铁4号线下穿刘公河为例

随着我国地铁的大力建设,施工中难免会面临下穿建筑物、桩基、管线、河流等情况的出现,因此对盾构施工的参数要求越来越高,施工难度逐渐增加。以济南轨道交通4号线邢村站至唐冶南站区间盾构施工为工程背景,利用ABAQUS有限元软件构建三维数值计算模型,对下穿河道高差过程中的不同开挖面支护力设定以及沉降位移变化进行研究。研究结果表明:全覆土理论下计算所得开挖面支护力对地表及河道的沉降控制效果最好;在不同支护力下,地层水平位移最大值均出现在隧道开挖面附近;隧道中心线上方的地层分层沉降量随着埋深的增加而增大。研究结论在盾构下穿高差地层的工程实际中具有指导意义。

新建综合管廊顶推下穿运营铁路动力响应分析

当综合管廊近距离下穿既有运营铁路线路时,线路临时加固体系的稳定性决定运营铁路的安全。依托深圳市梅观高速公路综合管廊下穿平南铁路工程项目,采用有限元数值分析方法,分析不同通车情况下线路加固体系各结构的受力变形特征。结果表明:列车双线同向行驶时,D型钢便梁的最大竖向变形数值为对向行驶时的1.32倍;当采用D型钢便梁+支撑桩+锚固结构的联合加固体系时,最大竖向位移均未超过3 mm,实现了综合管廊顶推下穿施工毫米级沉降控制。

大直径盾构隧道下穿铁路加固优化分析

大直径盾构隧道施工时对周边土体扰动十分明显。文中依托某地铁区工程,建立了包含盾构隧道、铁路结构的三维数值模型,对比分析了不同加固方案、加固参数、加固长度及加固范围下铁路轨道位移变化规律。研究表明不加固和单线加固方案下轨道位移不满足要求,双线加固方案满足要求;轨道位移与加固体弹性模量近似成指数关系,但超过一定值后,位移改善程度减小;轨道纵向水平位移、竖向位移与加固长度近似成指数关系;相对于顶部局部加固,3/4断面加固后轨道竖向位移减小幅度超过55%,位移满足控制标准。研究结论可为类似盾构隧道下穿既有铁路变形控制提供借鉴与参考。

基坑加固对既有下卧隧道变形影响研究

为保障地基的稳固,对基坑工程软土地基进行加固处理是常见的措施,而基坑加固对既有下卧隧道的影响却少有研究。为了探明基坑加固对既有的下卧隧道的竖向变形影响,文中选取了满堂加固、裙边加固、抽条加固三种典型的坑底加固形式,对基坑底部进行不同高度的加固。试验结果表明,这三种加固形式均对抑制隧道的隆起变形有良好的效果,满堂加固效果最优;当加固高度超过一定值时,坑底加固对隧道的隆起变形的抑制效果会转变为促进隧道的沉降变形;基坑施工过程中支护桩施工对隧道的变形影响最大,同时其也是基坑施工过程中隧道变形最大的阶段,基坑施工时应特别关注支护桩施工阶段;下卧隧道竖向变形主要受坑底隆起变形的影响。

基于双层梁理论的隧道下穿诱发无砟铁路变形计算方法

为研究隧道下穿无砟铁路轨道时板底部脱空对轨道变形的影响,提出一种改进的隧道下穿引起无砟铁路变形的计算方法.首先,将无砟铁路轨道结构简化为双层地基梁模型,建立隧道下穿施工引起无砟铁路变形的控制方程;然后,将无砟铁路分为中间脱空段和两端接地段共三部分,推导隧道下穿施工诱发无砟铁路变形的计算式,对比路基不均匀沉降引起无砟轨道变形的理论计算值与数值模拟结果,验证了理论计算方法的正确性;最后,探讨了新建隧道埋深、隧道下穿施工引起周围地层的损失率,以及既有铁路与隧道间的水平夹角对无砟铁路轨道变形的影响.研究结果表明:当隧道从铁路下方6 m处垂直穿越既有铁路时,轨道中点变形将达到最大值;隧道施工引起周围地层损失率从0.25%增大到2.50%时,轨道中点变形和轨道板底部脱空区宽度将分别增大4.0倍和2.2倍.

新建铁路隧道下穿对既有公路隧道的变形影响研究

为揭示新建铁路隧道下穿开挖对邻近既有公路隧道的变形影响,以新建金玉顶隧道工程为依托,利用有限元软件建立三维数值模型,分析开挖扰动作用下地表沉降、既有隧道结构变形、新建隧道支护结构和围岩的变形和应力分布规律。结果表明,隧道下穿开挖可能引起既有隧道以沉降为主的附加变形,最大沉降量发生在隧道底部,数值模拟分析结果与现场监测结果吻合度较高。随着开挖的逐步推进,既有隧道墙腰水平线上的垂直应力始终呈现两头大、中间小的槽型分布形式,越接近隧道壁其垂直应力越高。隧道正上方地表纵向沉降呈现从“勺形”到“漏斗形”的变化规律,并最终趋于稳定。基于下穿开挖隧道支护结构和掌子面挤出变形分析结果,结合围岩变形、塑性区发展和应力分布规律,论证了隧道断面设计和支护开挖方式的合理性。

盾构下穿在建铁路明洞变形控制指标研究

依托某快线盾构隧道下穿在建城际铁路联络线榆安隧道工程案例,通过规范调研和理论计算,提出在建明挖法铁路隧道受邻近施工影响洞身位移和变形缝张开/错动变形控制指标,并进行了考虑隧道变形缝的非连续介质模型分析,分析过程和结论可为类似项目规划设计和工程措施提供参考。

新建道路下穿铁路工程全施工阶段数值模拟分析

新建道路下穿铁路工程施工和运营期间产生荷载会对铁路高架桥桥墩附近土层产生竖向及侧向附加应力,桥墩易发生沉降和桩基承载力破坏,对铁路安全造成严重影响。为保证铁路安全不受道路施工和运营影响,需对工程设计方案进行安全性评估。结合某实际公路下穿铁路工程,采用MIDAS/GTS软件对新建道路下穿铁路工程施工全过程进行数值模拟,精确分析不同施工阶段对铁路的影响。分析结果表明道路施工最不利荷载工况下高铁桥墩沉降量均小于2 mm,墩桩基最大轴力均小于桥桩允许轴力值,理论计算能满足规范及原设计要求。通过数值模拟分析,可以为施工过程中铁路监测及监控提供可靠数据支撑,为以后类似工程实践提供参考。