基于随机场理论的下穿盾构隧道施工变形条件下列车动态响应

在以往的路基段铁路行车安全研究中,地基土的物理力学参数常被考虑为确定性的参数。为探究下穿地铁盾构隧道周围土层的随机场特征对地表既有铁路行车安全的影响规律,建立列车-轨道-盾构隧道-地基土耦合系统分析模型。基于随机场理论对地基土的物理力学参数进行随机赋值,并获得轮重减载率和车体加速度等车体动态响应指标的概率密度演化信息。基于概率密度演化理论开展下穿盾构隧道施工变形条件下地表运行列车动态响应分析。结果表明:盾构施工段范围内的地表沉降分布近似呈正态分布,地表沉降均值与标准差的最大值出现在盾构隧道中心线位置,而轮重减载率最大值出现在地表沉降最大值两侧曲线的下降段。随着车速的提高,车体垂向加速度概率密度等高线的分布宽度逐渐增大,当加速度上限曲线取最大值时对应的概率密度分布仍近似呈正态分布。当车速达到300 km/h时,轮重减载率的分布范围超过0.8的限值要求,而在300 km/h以下的行车速度条件下,车体加速度均满足规范要求的1.3 m/s^(2)的要求。为满足三倍标准差的99.74%的行车安全保证率,建议该区域的行车速度不应超过250 km/h。

正交下穿盾构开挖面失稳的离散元分析

基于上海轨道交通工程实践,采用离散元软件PFC2D模拟盾构隧道的正交下穿施工,分析了存在既有隧道情况下盾构开挖面塌陷失稳破坏的失稳模式、地表沉降及支护压力比,并与现场监测数据进行比较验证,沿开挖纵向进行关于开挖面塌陷失稳影响的普适性规律研究.结果表明,当开挖面距离既有隧道较近且未穿越时,既有隧道对失稳模式存在显著影响,表现为烟囱状失稳区扩大、地表沉降槽不连续、极限支护压力比减小;当开挖面穿越既有隧道后,有既有隧道开挖的失稳模式基本与无既有隧道开挖一致.模拟过程中测得2种工况极限支护压力比分布为0.4～0.6,其中下穿工况极限支护压力比较小,即较不容易发生塌陷破坏.综合对模拟结果的分析,当开挖面位于既有隧道前2倍隧道直径范围内时,开挖面的失稳模式将受到既有隧道的影响.

施工对邻近有轨电车及下穿盾构区间结构安全影响评估

为了更加深入地分析基坑开挖过程对周围环境与构筑物的影响,本文结合广州琶洲港澳客运口岸项目基坑工程,通过使用midasGTS/NX软件模拟计算基坑工程施工过程中基坑底部在建地铁盾构隧道、邻近有轨电车的结构位移,评估基坑工程在各施工工况下有轨电车、盾构隧道结构的安全状态。有轨电车道床结构、盾构隧道结构水平、竖向位移极值各项数据计算结果表明:施工对邻近既有有轨电车结构和在建地铁隧道形成一定影响,最不利影响处于有轨电车、地铁左右线在基坑施工范围段停车的极限工况,但各位移极值均未超过允许范围,因此,该基坑施工过程不危及邻近有轨电车结构和地铁隧道的整体安全。

囊袋式注浆对盾构下穿高速铁路路基沉降的控制效果

高铁路基的沉降变形是影响运营安全的重要因素,盾构下穿既有高铁线路施工可诱发高铁路基沉降变形。为有效控制高铁路基沉降,基于数值模拟探究了囊袋式注浆作为高铁路基沉降主动控制措施的有效性。结果表明:注浆囊袋对其周围土体的影响具有局部性,地层等效塑性应变随注浆体埋深的增加而增大,且塑性区厚度通常小于注浆囊袋膨胀厚度的3.0倍。囊袋的埋设深度和膨胀直径对路基抬升整治范围有影响,囊袋埋设越浅其膨胀后对路基抬升的影响效果越明显,且路基表层的隆起变形曲线符合高斯方程。提出了盾构下穿高铁路基时囊袋式注浆控制措施下路基沉降预测模型,可指导盾构下穿高铁路基的沉降控制。

地铁盾构下穿高铁站房安全监测

针对地铁盾构下穿地表建筑物形变规律监测和复杂工况环境下地基SAR数据处理等问题,提出利用广义离群检验算法对地基SAR一阶差分相位数据进行粗差探测与剔除,联合地基SAR与测量机器人监测数据对地铁盾构下穿湘潭北站高铁站房进行形变监测与安全分析,并基于力学模型和Flac3D软件进行数值模拟,较好的得出盾构下穿高铁站房各阶段形变特征与规律。结果表明,广义离群检验算法有效解决了复杂工况环境下地基SAR数据遮挡问题,联合测量机器人数据得到与数值模型变形解算结果一致,且符合施工过程物理力学客观规律,基本实现盾构下穿地表建筑物安全监测,为类似地铁盾构安全施工检测提供参考。

盾构隧道下穿对高速铁路CFG桩复合路基影响规律研究

针对城市地铁隧道下穿高速铁路的施工过程中,CFG桩复合路基对地层沉降的响应机理不明确、路基的沉降预测与控制理论缺乏的问题,依托郑州轨道交通8号线盾构区间下穿郑州东站咽喉区工程,提出CFG桩复合路基沉降预测方法 .基于地基加固理论,分析CFG桩对路基的加固效果,并通过物理模型试验,研究盾构隧道下穿对高速铁路CFG桩复合路基的影响规律.研究结果表明:CFG桩可以大幅提升路基压缩模量,盾构隧道下穿不会影响CFG桩复合路基的整体性,复合路基的变形规律符合Peck沉降曲线;CFG桩复合路基能够将地层的等效内摩擦角提高约50%,降低约23%的地层沉降量;盾构隧道下穿引起CFG桩复合路基的沉降量最大值为1.65 mm,在盾构隧道掌子面距离路基中线10 m时地层开始发生显著沉降变形,其中83.6%沉降量发生在盾构穿越阶段;盾构远离阶段,路基沉降量仍会继续增大,建议沉降监测持续到沉降稳定.研究结果可为盾构隧道下穿高速铁路CFG桩复合路基的沉降预测和加固处理提供参考.

盾构下穿高速铁路隧道沉降变形控制标准研究

针对新建盾构下穿高速铁路隧道变形控制难的问题,以石家庄地铁4、5号线以及北京地铁8号线等3个典型的穿越高铁工程为依托,研究下穿高铁隧道沉降变形控制标准.首先,利用有限元软件Midas GTS NX构建精细化的无砟轨道-隧道三维有限元模型,计算盾构下穿整体现浇隧道、盾构法隧道及U型槽段引起的不同沉降工况下的结构内力值,得出满足裂缝宽度限值的结构允许变形值,并且计算了满足规范限值要求的CRTSⅡ型和CRTSⅢ型轨道结构的允许变形值.然后,利用Abaqus软件构建车轨耦合动力模型,计算不同列车速度和沉降工况下车辆的安全性和舒适性指标,得出轨道高低不平顺允许值.最后,汇总各结构的允许变形值,给出结构沉降变形控制标准.研究结果表明:从结构裂缝宽度限值、轨道10 m弦长高低偏差限值和动力学最敏感指标限值方面计算的既有结构允许变形值能够作为盾构下穿高铁隧道沉降变形的控制标准,可作为现行规范的支撑与补充.研究成果可为类似风险大、要求较严的高速铁路穿越工程项目提供隧道及轨道变形控制值参考.

砂质地层盾构下穿建筑注浆加固体参数优化

[目的]注浆加固是降低隧道施工对既有建筑物扰动的常用处置措施,工程中应重点关注注浆加固体的参数设计。合理的注浆加固体参数是保障加固效果、降低工程造价的前提,为此有必要结合工程实际对其进行优化分析。[方法]以南宁轨道交通5号线五一立交站—新秀公园站区间隧道工程为例,根据既有建筑与隧道的位置关系对下穿施工进行分类,采用数值计算对注浆加固体横断面参数进行分类优化,并对加固体受力机理进行分析。在施工现场,根据参数优化结果进行注浆加固,以验证加固体参数优化的有效性。[结果及结论]下穿施工可分为3类:隧道正穿建筑;隧道侧穿I型建筑;隧道侧穿II型建筑。隧道正穿建筑时,加固体宜伸入微扰动区约1 m,加固厚度宜为6 m。隧道侧穿建筑时,加固体近隧道侧宜超出建筑4 m,远隧道侧宜伸入微扰动区4 m,加固厚度宜为6 m。加固体受力机理在隧道正穿建筑时可简化为两端锚固梁,侧穿建筑时可简化为悬臂梁。监测结果表明,优化加固体参数能够有效控制建筑变形。

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。

地铁盾构区间隧道近接下穿既有隧道影响研究

地铁盾构区间隧道施工下穿既有城市隧道时,周围土体产生扰动,引起周围土体的变形,会使既有城市隧道产生附加应力和变形,威胁结构安全。为研究盾构隧道下穿过程中对既有隧道的影响,探索下穿施工过程中隧道的变形规律,该文采用三维有限差分法对地铁盾构区间隧道近接下穿隧道进行模拟,分析盾构隧道开挖、掘进过程中既有隧道的沉降变形规律。计算结果表明,既有城市隧道在盾构隧道附近主要产生纵向上的差异沉降,随着盾构掘进,沉降逐渐增大。通过该文研究,以期为类似工程设计和施工提供指导和建议。

盾构下穿超大型运营铁路枢纽施工力学特性研究

以郑州市轨道交通8号线五龙口站—同乐站区间盾构下穿郑州北编组站工程为依托,通过三维有限元分析并结合现场实测数据,分析盾构穿越超大型铁路编组站过程中的施工力学特性。结果表明:盾构区间双线穿越后,路基、轨道变形呈“V”型,且盾构区间范围内沉降大,远离盾构区间侧沉降小,与理论Peck公式规律大致相同;沉降变形是自下而上传递的,故轨道沉降小于路基沉降,但两者变化趋势大致相同;路基沉降、轨道沉降均满足控制值要求,3-5-3扣轨加固方案安全可行;仓库桩基最大沉降6.443 mm,满足10.000 mm控制值要求,桩基差异沉降亦满足控制值要求,盾构下穿对仓库桩基影响较小。

基于工程类比的盾构下穿高速铁路路基 沉降预测及控制措施

以石家庄地铁4号线盾构隧道下穿京广高速铁路路基段为工程背景,通过选取具有相似地质条件和施工环境的石家庄地铁2号线K24+108处进行工程类比,对盾构施工引起的高速铁路路基沉降进行了预测,并在此基础上通过数值模拟计算了不同地层损失率下的路基沉降,并探讨了袖阀管注浆技术的有效性。结果表明:工程类比法能够有效预测未施工的地铁4号线下穿高速铁路段的路基沉降;建议在下穿段前方60~120 m设置试验段调整掘进参数,并将地层损失率控制在0.75%以内;施工中结合信息化施工监测和盾构主动控制技术,可将路基沉降控制在5 mm以内。本研究为类似工程提供了一种快速、经济的沉降预测和控制方法,对保证高速铁路安全运营具有重要意义。

软土地层盾构下穿既有隧道影响规律研究

随着我国城镇化进程持续推进,我国一线城市人口持续膨胀,交通拥堵问题逐渐凸显。近年来随着盾构掘进技术的不断发展,我国的大城市开始采用盾构法修建隧道,以缓解地面交通压力。随着盾构隧道的越来越多,不同线路之间的交叉不可避免。与地面交通的交叉因采用高架桥通过的方式不同,城市地下轨道交通之间的交叉会面临许多安全问题,尤其是在软土地层中,安全问题尤为严峻[1-2]。为了避免上述安全问题,结合武汉轨道交通12号线下穿既有营运地铁6号线工程案例,通过数值模拟、理论计算等方法研究富水软土地层条件下盾构下穿既有营运地铁的变形规律。

超大直径盾构穿越运营地铁隧道风险分析与微扰动控制措施

伴随着城市轨道交通及地下道路的快速发展,新建盾构法道路隧道穿越既有轨道交通隧道的概率更高,面临的穿越施工情况或将更加复杂、难度更高,穿越施工对既有地铁隧道的影响等风险增加,社会关注度高,微扰动控制需求迫切。以上海市北横通道新建工程穿越既有地铁4号线为例,分析了穿越工程典型风险,从结构优化、注浆及施工参数控制等方面提出了微扰动控制方法,保障盾构顺利穿越。

盾构隧道下穿护城河桥沉降控制研究

在城市轨道交通建设过程中,盾构隧道下穿城市河流及过河桥梁,具有水文地质条件差、环境风险高、沉降控制严格等特点,是穿越工程中重点研究的对象。本文以某城市新建工程为背景,通过数值计算与现场监测相互验证的方法,对盾构隧道下穿城市桥梁的沉降控制进行了研究。通过研究穿越前的地面注浆加固,穿越过程中的掘进参数控制,穿越后的管片壁后注浆一系列沉降控制技术,并与桥梁的沉降监测数据相互验证,保证了下穿的施工安全和既有桥梁的运营安全。此研究成果可为类似下穿工程提供借鉴。

盾构法施工在富水砂层条件下穿越既有地铁隧道变形研究

以郑州地铁某线路下穿既有线路工程为依托,采用midas GTS有限元软件数值计算、现场监测、隧道壁后雷达探测相结合的方法研究盾构法施工在富水厚砂层条件下穿越既有地铁隧道变形的特征,并提出有效控制措施。结果表明:数值模拟和现场监测结果基本吻合;适当提高掘进过程土舱压力和掘进速度对控制竖向变形有积极作用,研究结果可为类似地铁盾构隧道安全施工提供参考。

地铁盾构区间隧道近接下穿综合管廊影响研究

地铁盾构区间隧道施工下穿既有综合管廊时,周围土体产生扰动,引起周围土体的变形,会使既有综合管廊产生附加应力和变形,威胁结构安全。为了研究盾构隧道下穿过程中对既有综合管廊的影响,探索不同穿越交角下既有管廊的变形规律,采用三维有限差分法进行模拟,分析盾构隧道施工过程中既有综合管廊的沉降变形规律、地基加固对管廊沉降的控制效果及不同下穿交角对既有综合管廊沉降的影响。计算结果表明:既有综合管廊在盾构机附近主要产生纵向上的不均匀沉降,随着盾构掘进,沉降逐渐增大,进行地基加固后能够有效减小既有管廊的沉降变形。当下穿交角较小时,既有综合管廊沉降变形增大。通过本文的研究,可以为类似工程提供指导。

大直径盾构隧道下穿地下管线研究分析及应用

依托某大直径盾构隧道下穿地下管线工程,基于弹性地基梁理论,构建了盾构下穿管片力学分析模型,研究了地下管线的变形规律和内力分布特征。结果表明:盾构下穿影响下,地下管线的沉降曲线和弯矩曲线关于y轴对称,转角曲线和剪力曲线关于原点对称。地下管线的最大沉降量为10.6mm,略大于规范值。结合理论计算和现场实际,从盾壳外加固、盾尾加强同步注浆及二次补浆、盾构掘进控制、监控量测四个方面提出了施工控制措施。

盾构地铁隧道穿越电缆隧道扰动规律研究

在邻近地下电缆隧道处进行地铁盾构施工,周围土体受到扰动,土体应力重分布进而导致电缆隧道产生位移,结构破坏变形。为研究盾构隧道穿越对电缆隧道的扰动规律,从盾构隧道和电缆隧道的空间位置关系、净距及电缆隧道的截面尺寸3个方面进行大量数值模拟,得出不同工况下的受力和变形曲线,在此基础上对电缆隧道的环形和纵向安全系数进行验算,并得到随间距变化二次衬砌与结构最小安全系数的关系曲线,从而提出了两种工况下施工安全保护距离。研究得出以下结论:(1)电缆隧道的竖向位移与纵向拉应力随间距的减小而增大,随截面尺寸扩大,电缆隧道承受的纵向拉应力随之扩大,产生的沉降值减小;(2)二次衬砌结构最小安全系数随间距的减小而减小,随截面尺寸的扩大而减小;(3)相同条件下,斜下45°平行侧穿的安全保护距离要小于垂直下穿工况,安全性更高。

地铁盾构下穿控制技术分析

随着我国城市轨道交通的快速发展,在城市轨道交通网络中,由于受到周围建筑、地下管线等环境因素的影响,在城市轨道交通网络中,下穿高速公路、桥梁、隧道等已有工程的地铁隧道日益增多。随着我国城镇化速度的不断加快和高铁建设的迅猛发展,地铁盾构法在我国已被大量采用,其下穿地铁和已有地铁将不可避免。本课题针对我国大城市轨道交通建设工程,针对既有桥梁、桩基、框架桥、高等级公路等建设工程,开展跨区间隧道施工技术的研究,以期为我国大城市轨道交通工程中跨风险源工程的设计和施工提供科学的理论基础和可靠的工程指导。本文正是针对这一现状,从理论上探讨了在地铁盾构施工中穿越既有隧道的变形控制技术。