GPST工法盾构地面始发反力架设计与验算

针对GPST工法特点,设计出一种新型装配式盾构始发反力架,并采用数值计算对反力架及盾构始发工况进行验算。结果表明盾构始发推力为12 000 kN时,反力架整体结构刚度满足盾构始发要求。该反力架在南京机场3号线将军路一秣陵站区间隧道由地下转入地面高架段的盾构的地面始发处得到应用。

GPST工法管片接缝防水技术研究

接缝是盾构隧道渗漏水发生的主要部位,而接缝面止水是盾构隧道防水的关键。盾构隧道接头防水是通过接缝面上的接触压力将密封材料压缩而产生堵水作用,但接触面压力又受接头错位和张开量的影响。为了解决南京地铁某GPST(地面出入式盾构)工法在超浅覆土及负覆土下掘进过程中,盾构千斤顶顶推力不足、接缝止水条难以达到预定的压缩量和挤密的问题,通过试验和仿真分析的方法,得出适用于浅覆土管片接缝的低硬度、高孔洞率止水条;止水条耐水性能试验结果表明,止水条能够满足本工程管片接缝长期止水的要求。

地面出入式盾构法隧道技术(GPST)施工变形监测与分析研究

以南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段TA01-2标工程为背景,应用地面出入式盾构法隧道技术(GPST),在负覆土、浅覆土工况下针对隧道管片和周围土层进行监测。监测结果表明:地面出入段隧道变形控制在0.4%以内,盾构超浅覆土区段掘进与浅覆土工况下的发展趋势相一致。通过分析获得负覆土工况下稳定后的横断面地表变形曲线分布规律。研究结果为盾构施工过程的参数优化提供依据,使盾构施工对周围土体的影响处于可控状态。

超长期服役基坑对既有隧道的时空效应研究

为有效评估超长期服役基坑开挖施工的风险,解决由此引发的外部土体沉降和既有隧道变形等安全问题,通过分析实测数据,研究基坑施工各阶段对既有隧道产生的时空效应。结果表明,地连墙和工程桩的施工会对坑外土体产生“挤压”效应,进而影响隧道的变形;开挖前围护结构的施工对空间效应影响不明显,开挖后房屋和地表的沉降呈现出显著的空间效应;超长期服役基坑施工过程中,隧道响应可分为3个阶段,其中地连墙施工后的30~100 d,以及第三层土开挖后30~160 d为危险施工时段。

富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

[目的]富水卵漂石地层盾构下穿既有地铁线路施工过程中,易导致既有地铁线路上方土体不规则沉降超出控制范围,进而可能引发地下水喷涌和地面塌陷问题。为此,需要对富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道的施工技术进行研究。[方法]以新建成都地铁17号线凤溪大道站盾构下穿既有地铁4号线为案例,在阐述工程概况的基础上,选取了4个地面沉降测点和4个深层土体沉降测点,分析了盾构掘进过程中地层的沉降变化规律。采用MIDAS GTS软件建立了三维有限元模型,对采用38 m超长管棚与斜向注浆相结合的加固施工进行模拟,对4号线隧道预加固效果进行了分析。基于此,明确了地面跟踪注浆的时机,进一步分析了地面跟踪注浆的效果。[结果及结论]该加固措施有效提高了4号线结构底部土体的整体性,改善了4号线结构的受力状况,有效控制了4号线的结构沉降。

基于Timoshenko-Pasternak模型的盾构下穿既有隧道沉降简化计算方法

[目的]旨在解决在盾构下穿既有隧道沉降计算中,传统Euler-Bernoulli梁与Winkler地基模型精度不足问题。[方法]基于Timoshenko梁理论和Pasternak地基理论引入同时考虑土体剪切效应和隧道整体剪切变形的Timoshenko-Pasternak模型,通过推导盾构下穿既有隧道的沉降控制方程,并使用有限差分法对其进行求解,得到沉降计算结果。之后将这些结果与有限元数值模拟解、实际工程监测数据及传统Euler-Bernoulli-Winkler模型的理论解进行详细对比。[结果及结论]基于Euler-Bernoulli-Winkler模型的计算结果在既有隧道沉降值上存在低估现象,而在既有隧道沉降槽宽度和管片张开量上存在高估现象,且无法计算既有隧道管片的错台量。相较之下,基于Timoshenko-Pasternak模型的计算结果与数值模拟及实际监测值更为一致。该模型能够较为准确地估计既有隧道沉降、沉降槽宽度及管片张开量,并提供了可靠的隧道管片的错台量计算结果。这对实际工程具有重要的指导意义,为实际工程提供了可靠的参考依据。

Surface settlement caused by twin-parallel shield tunnelling in sandy cobble strata

City metro tunnels are usually constructed as twin-parallel tunnels and their adjacent construction may lead to surface deformation,affecting the surface environment and the safety of the tunnels.Due to its strong dispersion,sandy cobble strata can be easily disturbed by shield tunneling.Based on the project of the Chengdu Metro Line 1,field and model tests were carried out to study the surface settlement caused by shield tunneling in sandy cobble strata by measuring surface settlement curves,ground loss ratios and construction influence zones.The discrete element method(DEM) was used to study the factors affecting the formation of ground arches in sandy cobble strata at the microscopic level.Results show that the shape of the surface settlement curve in sandy cobble strata is different from that in soft soil.The buried depth and clear spacing of the two tunnels had a significant impact on the formation of ground arches.

富水砂卵石地层盾构下穿既有房屋结构的扰动沉降特征及控制技术

砂卵石地层是力学不稳定地层,富水砂卵石地层盾构近距离下穿建(构)筑物工程易引起地层损失和围岩扰动。该文采用数值模拟和现场试验方式开展富水砂卵石地层盾构下穿既有房屋结构的地面扰动沉降规律研究,研究结果表明,下穿过程中,盾构隧道掘进先对既有房屋结构水平变形产生影响,再对沉降变形产生影响。随着盾构掘进,房屋结构的最大沉降变形发生在房屋中轴线附近,而最大水平位移则发生在下穿建筑物完成后。钢管隔离桩+跟踪注浆+洞内注浆组合加固措施结合稳定的掘进参数控制能有效减小富水砂卵石地层盾构下穿施工对浅基房屋结构的影响。

地面出入式盾构法隧道新技术大型模型试验与工程应用研究

地面出入式盾构法克服传统盾构法需要在两端修建始发和接收工作井的弊端,实现地表出发和地表接收的全过程盾构施工新技术。采用大型模型试验、数值仿真和工程验证手段,系统研究地面出入式盾构法隧道新技术掘进的关键问题,揭示地面出入式盾构法穿越不同阶段的地表沉降规律;依托地面出入式盾构法首次在我国南京城际快速轨道秣将区间隧道工程的示范应用,探索分析该新方法在工程中主要施工参数的合理选择和有效的控制技术;模型试验、数值仿真结果与工程实测结果获得一致的规律,可为该新方法的进一步推广应用打下坚实基础。

盾构隧道同步注浆引起的地表变形分析

壁后注浆是盾构隧道施工的关键环节,对控制地表变形影响显著。为建立同步注浆引起的地表变形计算理论,在分析同步注浆对隧道周围土体的作用机理的基础上,将同步注浆对地层的压力效应概化为半无限弹性体中的柱形孔扩张问题,采用镜像法导出了同步注浆引起地表变形的计算式。通过一具体实例,分析了影响同步注浆引起地表变形的因素,结果表明:同步注浆引起的地表变形值受注浆压力、隧道埋深、隧道开挖半径、初始水土压力、土体弹性模量、泊松比等因素影响。

地铁盾构隧道下穿城际铁路地基加固方案安全性分析

苏州某地铁盾构隧道下穿沪宁城际铁路施工时,原有铁路地基加固方案产生的沉降量不能满足高速铁路的要求,因此,结合原加固措施,采用板+桩组合结构的形式对地基进行加固。对此方案,采用二维有限元法分析不同应力释放率下盾构施工引起的地表沉降规律。当应力释放率为30%时,盾构下穿处板+桩组合结构的沉降量为3.9mm,满足高速铁路无砟轨道对工后沉降的要求,但此时板+桩组合结构中的加固板将与其下方土体脱离。采用三维有限元方法,对高速铁路轨道结构进行静、动应力响应分析。结果表明:当加固板与其下部土体脱离时,在自重应力作用下,钢轨轨面的最大变形为0.582mm,满足轨道不平顺的要求;在最大列车动荷载作用下,轨道板和加固板的最大拉应力分别为0.93和1.02MPa,均小于规范中所要求的疲劳强度修正值。由此可知,在盾构隧道下穿施工时,城际铁路地基采用板+桩组合结构形式的加固方案,是能够保证运营安全的。

盾构施工工艺诱发地表沉降规律浅析

在研究盾构施工工艺诱发地层沉降规律时,对施工工艺变化引起地表沉降的量化分析成果相对较少。将盾构工艺分为注浆填充率β、支护压力比λ和偏心率κ等3个主要因素,将其引入到Rowe等人提出的"间隙参数"的公式中,利用Loganathan等人提出的地表沉降预测解析公式,对上述3个工艺参数的变化对地表沉降的影响进行量化分析;同时以间隙参数为前提,对前人提出的等代层厚度参数取值进一步探讨,为复杂的盾构施工工艺的数值模拟提供计算依据。通过对西安地铁2号线试验段地表沉降实测资料进行反演,分析结果认为,提出来的间隙参数计算方法及修正等代层模型能较为真实地反应施工工艺水平,能够为盾构施工地面沉降控制提供一定的参考。

新建隧道盾构下穿施工对既有隧道影响的三维数值模拟

采用三维有限元方法对新建隧道盾构下穿施工过程进行了动态模拟,分析了新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移、应力的影响;进而探讨了不同的隧道覆土厚度、隧道间相对距离及土体强度下,新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移的影响。结果表明:新建隧道盾构正交下穿施工引起既有隧道位移方向朝向新建隧道方向发展,既有隧道位移以纵向沉降为主,沉降曲线符合正态分布;盾构下穿引起的既有隧道正应力变化较大;隧道覆土厚度、隧道间相对距离和土体强度对隧道间相互作用有较大影响,应引起足够的重视。

软土地层中地铁盾构施工引起地表沉降的三维有限元分析

盾构法是软土地区地下隧道施工的一种常用工法,但对于盾构推进过程中引起软土地层移动和地表沉降的原因及机理,人们还缺乏足够的认识和工程实践经验积累,有待进一步深入研究。为此,以杭州地铁1号线某区间地铁隧道开挖为例,利用三维非线性有限元软件对地铁盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与分析,得到隧道开挖引起隧道周围土体移动和地表沉降曲线,分析了隧道地表沉降沿横向分布随盾构推进的变化规律、地表沉降沿纵向分布随盾构推进的变化规律和不同深度处地层的沉降变化规律。所得结论对软土地区地铁隧道设计与施工有一定的参考价值。

黄土地层盾构隧道开挖对地表沉降影响的有限元分析

基于黄土地层,采用邓肯-张非线性弹性本构模型,考虑盾构隧道开挖过程对周边建筑物的影响,建立了盾构隧道衬砌与土体相互作用的有限元计算模型.对黄土地层中盾构隧道外径和埋深及其与邻近建筑物的距离对地表及相邻建筑物沉降的影响规律进行了数值分析,结果表明:在相同盾构外径下,地面沉降随隧道埋深的增加几乎呈线性减小趋势;在相同隧道埋深下,地面沉降随盾构外径的增加几乎呈线性增大趋势;无论盾构外径如何,隧道顶部及相邻建筑物处的地表沉降值均随隧道和建筑物水平距离与盾构外径比的增大而减小,也随隧道埋深的增大而减小.文中给出了受沉降影响较大的范围,可为地下工程施工时对周边建筑物及地基采取加固措施提供理论依据,并为西部地区的地下工程建设提供参考.

盾构下穿机场跑道的数值模拟研究

以上海地铁10号线空港一路-虹桥机场东站区间隧道工程为背景,结合现场检测数据及各项掘进参数,采用有限元分析软件建立了有限元模型。对盾构隧道下穿机场跑道施工过程进行数值分析,通过与实测结果的对比验证了模型的有效性。在此基础上对无飞机冲击荷载影响下的隧道开挖过程进行计算,得出了开挖过程中跑道及下部土层的沉降变化规律,并比较分析了跑道结构的存在对地表变形的影响。结果分析表明跑道结构的存在减少了开挖引起的地表沉降,同时分析了隧道开挖影响下机场跑道结构受力的最不利部位,为盾构实施穿越提供了重要依据。

平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究

西安轨道交通工程是目前首例在我国黄土地区修建的地铁隧道,一号线枣园北路站至汉城路站K12+792.744～K12+889.899区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的功能需要,选取了左线小断面隧道为盾构法与右线大断面隧道为CRD法相结合的施工方案。针对该地铁隧道的施工过程,进行了三维动态数值模拟和施工力学分析,通过分析施工引起的地表变形、中间土体应力和围岩塑性区的特征和规律,从而研究得出CRD法与盾构法隧道先后施工相互影响的规律性成果:先行大断面隧道采取CRD法施工对后行小断面盾构隧道上方地表沉降的影响较后者对前者的影响大;后行隧道的贯通使得先行隧道开挖形成的地表变形轴线向后行隧道侧偏移了约0.5倍净距,并且地表变形的横向影响范围和地表沉降量均有增大,主要表现在靠后行隧道一侧;先行大断面隧道的开挖较后者对中间土体应力影响大,对相邻洞土体的影响在同掌子面处最为显著。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究,可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供具有指导意义的研究成果和宝贵的工程实践经验。

佛莞城际铁路狮子洋隧道的几个关键技术问题

研究目的:佛莞城际铁路狮子洋隧道结构外径13.1 m,是国内目前最大直径的铁路盾构隧道。工程具有大直径(13.1 m)、高水压(最大水压7.8 bar)、地质条件复杂(土岩复合地层,穿越三处破碎带和两处水下断层)、行车速度高(时速200 km)、盾构机类型新(土压-泥水双模式盾构)等特点。为保证施工与运营安全,必须妥善解决总体设计、施工组织设计、结构抗灾与防灾疏散设计等关键技术问题。研究结论:(1)复合地层水下隧道宜埋置于基岩中,岩石覆盖厚度可按"满足施工进舱作业安全,且围岩松弛压力与形变压力之和相对较小"的原则确定;(2)隧道长度不大时可采用单孔双线结构,并在隧道底部设置疏散廊道,同时采用中间箱涵预制的方式实现同步施工;(3)为减少局部岩层破碎带对施工的影响,可采用土压-泥水双模式盾构掘进;(4)为提高结构的抗灾性能,在钢筋混凝土管片内双掺钢纤维和聚丙烯纤维是一种可行的方案;(5)该研究成果可应用于复合地层盾构法水下隧道的设计。

盾构法地铁隧道施工引起的地表变形分析

以南京地铁1号线许府巷—南京站区间隧道为背景,结合现场监测数据及各项掘进参数设置,对土压平衡盾构在富水饱和粉土、粉砂夹细砂、粉细砂地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析,并使用有限差分法程序FLAC3D对考虑盾构施工工序、地下水位、土仓压力和注浆等因素的地表变形进行模拟计算分析。实测分析结果表明地表变形特征为:沉降速率大,测点最大沉降速率在-12^-15 mm.d-1之间;地层稳定快,盾尾脱出2~3 d后地层即趋于稳定;影响范围小,盾构掘进对隧道纵向地表的扰动在刀盘前方约10 m至盾尾后方16~20 m的范围内,横向地表沉降主要分布在隧道中心线两侧各5~7 m的范围内,地表距中心线20 m以外几乎不受影响。模拟计算地表沉降分布结果与实测数据基本吻合。

多线叠交盾构施工引起土体变形数值模拟分析

针对上海地铁十一号线徐家汇站至上海体育馆站施工区间隧道四线叠交的复杂穿越形式,采用三维有限元方法,模拟了多线叠交盾构隧道施工的整个过程。利用单元生死技术和重复设定单元属性等方法实现土体卸荷、盾构推进、管片拼装以及注浆硬化等动态施工过程,针对多线叠交盾构施工穿越既有隧道区域所引起的地层变形进行了分析,将得出的数值模拟结果与监测结果进行对比,研究结果表明,地表沉降最大值的位置与盾构机顶推面位置有一定关系;当两线隧道穿越完成后,地表沉降的最大值位置与单线隧道穿越引起的最大值位置相比会发生一定量的偏移。研究成果可以为多线叠交盾构隧道施工区域保护技术的实施提供一定的理论基础。