运营地铁隧道被击穿后抢险技术研究

近几年来,由于外界因素的作用,各大城市的地铁隧道出现了故障,给城市轨道交通的安全运行带来了严峻的威胁,尽管各种类型的隧道破坏形式不同,但它们对隧道的安全性影响和加固措施的研究却有许多共同点,对各种维修方法的优劣进行分析,并制定相应的改善方案,制定规范化的处置措施,以保证既有铁路的安全运行。文章以既有地铁隧道破断后的应急处理为研究对象。

砂卵石地层盾构区间地表沉降影响因素聚类分析

为了掌握盾构掘进参数和地质条件对砂卵石地层盾构区间地表沉降的综合影响规律,依托成都地铁某盾构区间,结合团队前期地表沉降与掘进参数的关系,确定了总推力、刀盘转速、螺旋机转速、上覆土层厚度、地下水位、卵石层厚度6种聚类指标,利用K均值聚类算法对各参数指标的实际监测数据进行聚类,综合分析各个指标对地表沉降的影响。结果表明:1)根据K均值聚类结果把监测点即施工地段划分为3种地表沉降风险等级,监测点1—3为危险(Ⅰ级),监测点7—13、16—19、25—34为较危险(Ⅱ级),监测点4—6、14—15、20—24为安全(Ⅲ级)。2)根据聚类结果可知,在特定范围内掘进参数、地层构造与地表沉降之间具有正、负相关性关系。3)通过分析地层构造、掘进参数与地表沉降的关系,得出当上覆土层厚度较大、地下水位较小、卵石层厚度较大时,掘进参数控制范围为总推力29034.00~31181.95 kN,刀盘转速1.25~1.32 r/min,螺旋机转速6.13~6.98 r/min;当上覆土层厚度较小、地下水位较小、卵石层厚度较小时,掘进参数控制范围为总推力34419.89~36867.28 kN,刀盘转速1.44~1.45 r/min,螺旋机转速5.74~6.99 r/min。

考虑埋深影响的施工期管片上浮纵向分析改进模型及应用

通过引入考虑隧道埋深的地基弹簧,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立盾构隧道施工期管片上浮纵向分析改进模型,对不同埋深盾构隧道施工期上浮特征进行分析。结果表明:在地铁隧道一般埋深范围内,相同地层弹性模量下,随隧道埋深减小,管片累计上浮量、纵向弯矩和纵向剪力的最大值均增大,且增速越来越大;随地层弹性模量减小,不同埋深下管片累计上浮量、纵向弯矩和纵向剪力的最大值差值均增大。所提出的改进模型可用于定量评估埋深和地层弹性模量对施工期管片上浮的影响。

基于主成分分析的基坑开挖对周边建筑物影响分析

富水砂卵石地层由于其高渗透性、低黏聚力、松散的结构等特点,给地铁深基坑工程施工带来了极大的难度,尤其是周边有临近建筑物、河道以及既有地铁线路时,对基坑施工技术提出了非常高的要求。依托成都地铁17号线凤溪站深基坑工程,针对富水砂卵石地层中基坑降水开挖对周边建筑物的影响规律进行了研究。通过Midas-GTS/NX有限元数值模拟结合实际工程监测数据对建构筑物的沉降随深基坑降水开挖的变化规律进行了分析,并采用主成分分析法计算了各监测指标对基坑稳定性评判的影响,得出结论:建立的有限元模型的预测结果略大于实际变形值,在富水砂卵石地层中进行降水开挖对周边环境的影响十分显著,随着开挖深度的增加,建筑物沉降、地表沉降均随之增大,在架设内支撑后,沉降随即趋于稳定,少数部位甚至会有微小的隆起;地面最大沉降出现在距离基坑边缘水平位置1/5开挖深度处,而临近河道一侧由于受到地下水的影响其沉降值相对较大;在基坑监测指标中,测斜与桩顶变形对基坑稳定性评价的贡献率最大,其次是地下水位、内支撑轴力以及地表沉降,可见测斜和桩顶变形反映了基坑降水开挖的稳定与否,在实际工程中应密切监测。

基于灰色理论的砂卵石地层盾构施工参数控制对地表沉降影响分析

为了揭示地面沉降对不同盾构施工参数的敏感性,以成都地铁17号线来凤路站—凤溪站盾构区间隧道为例,采用灰色理论对总推力、刀盘扭矩、同步注浆压力等9项控制参数的实测数据进行分析。研究结果表明:地面沉降对盾构施工参数敏感性最主要的3个因素依次为推进速度、注浆压力(注浆量)和螺旋机转速;在成都地区富水砂卵石地层中进行盾构施工时,盾构总推力控制范围为19 000~41 000 kN,刀盘扭矩控制范围为8 000~23 000 kN·m,同步注浆压力为1~3 bar;灰色理论模型能客观、准确地反映富水砂卵石地层盾构施工参数控制与地面沉降之间的关系。

砂卵石地层盾构施工对地层扰动与地表沉降的影响分析

以成都高漂石含量砂卵石地层为研究对象,采用PFC2D模拟了双线隧道盾构掘进时对砂卵石地层的扰动规律,并通过Midas有限元模拟分析了双线隧道盾构掘进时的地表沉降规律。结果表明砂卵石地层在掘进过程中将形成一个倒三角的松动区,并引起掌子面前方土体向此区域移动,最终形成楔形移动面;同一里程处隧道引起的地表沉降随着盾构推进呈增大趋势,根据监测数据显示,地表沉降规律与模拟结果基本一致;双线盾构施工时,左右两侧的地表沉降相互影响,最大沉降位置将随着开挖方向发生偏移,并呈中心轴线沉降量最大,两侧地表沉降亦呈现出基本对称分布的规律。

大粒径卵石层地铁换乘站地表沉降预测

地铁换乘站作为地下轨道交通运营线路中的主要枢纽,其开挖和施工造成的失稳变形将会直接影响到车辆运行、人员安全、地下管线设施和既有线路与建筑物。以成都地铁17号线换乘站为例,研究了卵石地层的地铁换乘站在深基坑开挖后沉降变形的发展趋势。通过相关性分析,从15项监测数据中分别选择出适合深基坑挖掘阶段和盾构施工阶段的沉降监测相关影响因素。分别借助径向基函数神经网络(radial basis function,RBF)、小波神经网络(wavelet neural network,WNN)、非线性回归模型(nonlinear autoregressive exogenous model,NARX)和极限学习机(extreme learning machine,ELM)四种智能算法对不同监测参数与监测点位在开挖阶段及盾构施工阶段的地表高程变形进行预测。研究表明:以上算法中在深基坑开挖阶段,WNN模型的预测结果最为精确,预测值和实测值最为接近;当后期预测的参数类别减少时,NARX模型在预测中表现最好,预测值的范围在单个数据点的误差为-0.4~0.3 mm;且监测数据表明在深基坑开挖的第三、四层阶段施工对沉降变形的影响最大,需要着重监测。由此,证实了智能算法在分析和预测卵石地层的地铁换乘站周边地表沉降变形有着较高的可行性,通过对比分析也得到算法模型在相似工程的研究中具有优势。

砂卵石地层深基坑围护结构变形监测与模拟

以成都地铁17号线某车站深基坑为研究对象,对砂卵石地层条件下基坑工程的降水及围护方案进行了分析研究,重点分析了围护桩水平位移的时空变化规律。同时,对基坑标准段建立了有限元模型,对比分析了桩体水平位移的监测结果与计算结果,研究了降水方案以及不同围护桩直径对基坑围护结构变形的影响。结果表明:在富水砂卵石地层中,采用钢支撑+围护桩的围护结构体系能有效限制桩体的水平位移,其有限元分析计算结果与现场监测结果基本一致,计算模型和参数的选取可作为该地区同类工程设计施工的参考依据。此外,合理的降水方案能大幅度降低围护桩的变形,而在富水砂卵石地层中,宜选取直径尺寸为1.2 m的围护桩作为支护结构。

砂卵石地层注浆加固模型及试验研究

通过现场注浆试验,分析了注浆压力、注浆时间、浆液水灰比等因素对浆液扩散半径的影响,推导黏性水泥浆液的柱面扩散模型,通过引入曲度系数来体现砂卵石地层浆液渗流路径的曲折度,并对试验结果进行拟合分析。

成都市地铁深基坑施工风险评价实证研究

地铁车站深基坑工程由于其周边环境的特殊性,往往给施工带来较大影响,需要对影响深基坑开挖的因素进行详细的风险评价,以避免在实际施工过程中发生风险事故。以成都地铁十七号线凤溪站深基坑工程为研究对象,提出富水卵石层深基坑施工开挖风险评价模型。通过专家走访调研并结合富水卵石层的施工特点确定了该工程的风险因素,采用层次分析法确定各级风险因素的权重指标,建立风险因素分级,根据模糊综合评判理论确定各级风险因素的风险等级水平,最终计算出总风险水平等级,并根据计算结果提出有针对性的措施,为成都地区地铁深基坑工程施工开挖的风险评价提供参考。