盾构隧道下穿城市道路的路面沉降计算方法研究

随着我国城市化进程的不断推进,地下空间的开发和利用越来越受重视,特别是盾构隧道已成为工程建设的重要技术手段。而城市地下环境日趋复杂,市政隧道下穿既有道路的项目愈发常见,研究与之对应的土体位移预测方法对地下空间安全评估至关重要。借助弹性力学中薄壁圆筒的平面模型,构建相应的边界条件,推导出适用于有重地层浅埋圆截面土体沉降变形的计算方法。以中国澳门纯钢纤维混凝土盾构隧道下穿友谊大马路工程为实例,并与不同收敛模式下随机介质理论进行对比验证。研究结果表明:理论公式与土体位移实测值吻合度较高,且略优于随机介质理论的计算结果。理论公式综合考虑了路基土体参数、隧道深径比及施工技术水平等因素的影响,计算结果合理可靠,可为盾构隧道下穿施工诱发土体位移预测提供重要的理论支持。

富水海积砂层渗透注浆加固技术研究

富水海积砂层突水破坏是隧道建设极易诱发的地质灾害,不同的地质环境、注浆法浆液类别与海积砂层相互作用关系极为复杂。结合传统的水泥基浆液注浆施工工艺,综合运用半球形和柱形渗透扩散理论分析、模拟试验和现场监测等方法,研究富水砂层注浆扩散与加固机理,建立了注浆扩散范围与浆液对管片的压力的计算理论,并应用于特拉维夫市地铁联络隧道工程。研究结果表明:相较于冻结法,注浆法具有显著的经济效益。富水砂层扩散加固形式与砂层可注性与注浆压力相关,壁后注浆一般由渗透扩散向压密扩散的形式发展。在渗透阶段,半球形模型与柱形模型所揭示的浆液扩散规律基本一致,大小存在差异。浆液扩散半径主要取决于水泥基液中有效固体颗粒体积分数,当浆液体远离注浆口,浆液固体颗粒体积分数减小,浆液对土体孔隙的填充效果降低。浆液作用在隧道管片上的压力分布呈指数形式,沿注浆口径向急剧减小,后趋于平稳。

在已发生较大沉降房屋边上暗挖大断面隧道时采取的措施

地铁暗挖隧道沉降的产生与工程的地质条件、施工方案的选择等很多因素有关,本文主要介绍在广州地铁五号线小北站在已发生较大沉降房屋边上进行大断面隧道开挖时采取的保护措施。

基于沉降槽评估盾构掘进对周边建筑物影响

为评估盾构隧道掘进对周边建筑物产生的工程风险,以以色列某盾构区间为例,介绍了基于Peck沉降槽理论分析盾构施工对周边建筑物影响的国外设计方法。根据建筑物的实际尺寸及与隧道区间的相对位置关系计算建筑物最大沉降、倾斜及拉应变,对建筑物的损害程度进行分级,并结合建筑物实际状况,确定了建筑物施工风险等级,进而可以确定有针对性的施工风险措施。与国内规范中通过建筑物自身的重要程度及与隧道相对位置关系进行风险等级评定方法相比,该方法理论基础明确,设计思路较为清晰,计算结果更为直观,对国内设计工作具有较强的借鉴及参考意义。

基于欧洲规范体系下的EPB盾构隧道掌子面稳定性分析与研究

立足于以色列"Red Line Project"工程实际,以常年驻海外岩土-结构设计的工作经验为支撑,分析总结了暗挖盾构隧道掘进过程中,欧洲规范体系下掌子面稳定性分析的设计理念与设计流程;采用国际普遍认可的分析理论,对EPB盾构隧道推进过程中,所需的各项工程参数(包括掌子面支承压强、注浆压强、压缩空气压强等)进行了适宜的分析与计算,为盾构掘进过程中的稳定性评定提供了强有力的依据,实现了盾构隧道掘进的全信息化监控,而不再局限于盾构操纵人员的个人经验;针对多层地质以及混合掌子面条件下的稳定性分析,给出了适宜的解决方案,以满足实际工程复杂地质的要求;采用Plaxis 3D岩土有限元分析软件,对不同的掌子面支承压界限值下所引起的地面沉降/隆起进行了数值分析,结果显示:各项界限压力值下所引起的地面沉降/隆起以及地层体积损失率均符合欧洲规范要求,所采用的分析理论与计算方法正确适用,对海外设计工作者具有一定的指导意义。

盾构隧道衬砌设计中远期临近开发的预留设计研究

盾构隧道衬砌设计除水土压、地面超载、地震、防火、爆破等基本荷载组合外,部分国家和地区还对临近远期开发预留提出了明确的设计要求。例:在基本荷载组合的基础上附加15mm的径向变形,即为临近远期开发的预留设计。本文基于多个隧道工程设计项目经验,对远期开发特殊荷载工况的设计理念和方法作了详细分析和研究,包括:(1)远期开发荷载工况设计理念;(2)预制衬砌关键参数研究;(3)因徐变引起的混凝土模量非线性时间关系;(4)考虑混凝土徐变的衬砌刚度和MeirWood惯性修正;(5)衬砌纵缝扭转刚度的线形-非线性关系;6.15mm预留设计附加弯矩-Morgan法(连续体模型);(6)地层-结构法模拟远期开发荷载设计;(7)不同远期开发数值模拟下的均质圆环法和多铰法类比等。研究显示:远期开发荷载工况对衬砌的受力行为影响很大,合理的设计理念和方法能避免此特殊工况对项目造价、工期带来的不利影响。

盾构衬砌接头设计关键点研究

在盾构隧道设计中,若盾构衬砌接头设计不合理,则会极易造成隧道渗水、局部破损、爆裂等现象,从而影响整个隧道的正常使用。论文围绕盾构衬砌接头的主要破坏形式、应力分布状态进行了分析,并采用经验公式和数值模拟的形式两相对照,其匹配度良好,给出了合理的配筋设计建议。

盾构隧道管片结构防火设计与研究分析

本文以某城市首条轻轨盾构隧道的管片结构设计为例，采用在混凝土中添加适量的聚丙烯纤维来改善管片结构的耐火性能，提高管片结构的抗爆裂、剥落的性能。本文采用 ANSYS 对聚丙烯纤维混凝土管片衬砌暴露于严重火灾下的情况进行热 - 力学分析，评估不均匀温度作用下管片结构的应力情况、结构变形和承载力等受力分析和验算，以保证管片结构设计的安全性。通过理论分析证明，混凝土掺入一定量的聚丙烯纤维可显著提升结构的耐火性能，改善混凝土防爆裂性能。