基坑开挖对邻近盾构地铁隧道变形机制研究

基于Mindlin理论对基坑降水开挖诱发邻近地铁隧道的应力应变及沉降进行理论研究。在结合逆作基坑实际开挖工况条件下,采用MIDAS/GTS大型三维有限元软件分析了基坑考虑不同降水情况下邻近盾构地铁隧道变形情况,并对不同模拟方案结果进行对比。结果表明,地铁隧道结构模拟结果合理,考虑降水情况下坑外土体的附加变形要比基坑开挖卸荷作用引起的土体变形大得多,抵消了隧道上抬变形趋势,使隧道产生了偏向基坑方向的变形,变形量值也大得多。

试析基桩施工对邻近盾构地铁隧道变形的影响

现代城市的发展中,大量建筑都采用基桩结构承力,而当该工程项目和临近的盾构地铁隧道间距较小时,则容易对该结构的稳定性造成不利影响,最主要的影响为隧道结构变形。本文研究了桩基施工对临近盾构地铁隧道变形量方面造成的影响,之后探讨了在基桩结构施工过程中,引起的隧道变形量控制方法,从而严格保障盾构地铁隧道的安全程度。

基于BIM的地铁盾构隧道管片参数化设计技术要点

为提高建筑行业信息化水平,增强BIM技术应用能力,地铁盾构隧道管片设计应采取BIM设计,转变二维设计信息不直观问题。研究过程中,以南京地铁11号环线地铁工程为例,阐述了基于BIM的地铁盾构隧道管片参数化设计技术要点,以Inventor软件为基础,构建、细化管片模型,并论证其有效性,以期为相关工作者提供参考。

地铁盾构下穿古建筑振动监测与保护研究

为确保地铁盾构下穿古建筑物施工安全,确定先评估、先加固、施工监测、后评估、后加固总体技术路线。通过建立古建筑1︰3.52的实体模型并进行振动台试验获取结构阻尼比,利用Ansys进行三维建模,采用结构与模态分析,针对易损结构进行加固预防,为后续振动监测与盾构施工提供参考依据,结合试验区施工监测数据,调整施工参数。结果表明:在静力分析下该结构位移最大值约为14.01 mm,验证了三维模型的有效性。通过模态分析确定结构模型基本频率为0.59046 Hz,最易受损位置为斗枋处。在盾构穿越过程中,古建筑物加速度变化幅度小于0.003 m/s2,振动频带主要集中在0.6~20.5 Hz,振动频带处于正常范围,对古建筑物基本无影响。针对盾构下穿古建筑物提出以“地铁盾构穿越以匀速掘进为主,避免运营高峰期作业,影响区地层之间使用注浆加固,对古建筑物易损结构进行支护,施工时采取隔振减振方案”的总体解决思路,为后续类似工程建设提供参考。

基于Pathfinder的地铁盾构隧道疏散平台优化研究

为探究地铁盾构隧道疏散平台应对火灾、水灾以及列车区间故障等不同场景人员疏散的合理方案,以疏散地铁6辆B型车定员1460人为目标,建立Pathfinder疏散仿真模型开展研究。先对4种不同疏散平台布置方案的最快疏散时间、疏散完成时间和车厢内人员撤离规律进行研究;再以最优的“四向通行”方案为例,对7种疏散平台宽度的最快疏散时间、疏散完成时间和车厢内人员撤离规律进行研究。研究结果表明:1)车厢内人员撤离分为快速撤离、缓慢撤离和人员清空3个不同特征阶段。从车厢撤离乘客是脱困最重要的环节,时间占整个疏散时间的比例大,需做好乘客撤离车厢的组织引导工作。2)在联络通道处采用“四向通行”结构,可实现疏散平台与道床连通且不中断疏散平台的最优方案。该方案可实现利用道床面在烟气底层疏散以应对火灾工况、疏散平台纵向连通并在高处疏散以应对水灾工况的双重功能。3)疏散平台宽度增加会大幅缩短乘客撤离车厢的时间,对最快疏散的时间影响小,宽度未加宽到1100 mm时对疏散时间无显著影响。4)需做好在联络通道、道床、人防门、防淹门、道岔区疏散平台的顺畅性设计。

北京地铁盾构隧道渗漏病害成因及对管片结构的影响研究

为揭示城市盾构隧道渗漏病害的形成机制,对北京地铁部分盾构隧道渗漏病害的主要类型、位置及程度进行统计分析。通过现场检测、地质雷达及内窥镜探测等手段,探究盾构隧道渗漏病害机制及成因,并通过数值模拟研究管片接缝渗漏时的地层变形规律及管片结构内力特征。研究表明:1)盾构管片接缝渗漏为主要的盾构隧道渗漏类型,占比超过60%,渗漏发生的位置集中在拱顶,以滴漏为主。2)盾构隧道渗漏水的主要内因是管片接缝处的不均匀变形,主要外因是地下水迅速升高导致存在渗漏隐患的隧道位于水位以下;同时,隧道周边地层更易形成富水体,增大了隧道渗漏病害的发生概率。3)盾构管片接缝处渗漏位置越靠近拱底,渗漏越严重,渗漏附近地层孔隙水压力消散的数值、最终达到稳定时的地表沉降越大。4)接缝局部渗漏导致的管片结构椭圆化变形较小,更易使结构出现向下且倾向渗漏点位方向的偏移;另外,渗漏位置变化相比渗漏程度对管片结构内力的影响大。

有变形缝工况下地铁左右线盾构并行下穿对既有明挖公路隧道变形及应力的影响

[目的]为确保有变形缝工况下地铁盾构隧道并行下穿既有明挖公路隧道工程的顺利实施,须对该工况下既有明挖公路隧道的变形情况及应力特征进行分析。[方法]建立了济南济泺路下穿黄河隧道工程中市域轨道交通S2线左右线盾构隧道并行下穿既有明挖公路隧道的精细化模型,分析了既有明挖公路隧道车道结构底板的z向(竖向)沉降、x向(水平向)位移及车道结构底板的应力变化情况。选取有无变形缝2种工况,对2个施工步完成后测线的x向位移和z向沉降变化情况进行对比。进一步选取工程中的2号变形缝,分析施工过程中2号变形缝两侧的结构沉降差和变形缝的应力状态发展历程。[结果及结论]与无变形缝工况相比,有变形缝工况降低了既有明挖公路隧道结构的整体性,改变了其变形及受力特征;变形缝始终受到拉应力及剪应力的影响;有变形缝工况下,变形缝两侧沉降随地铁盾构掘进呈现出明显的变化,地铁盾构掘进至该变形缝正下方时,沉降达到最大值。

反拉式顶管法施工联络通道对地铁盾构隧道力学性能影响

为探究采用反拉式顶管法施工盾构隧道联络通道过程中主隧道的力学响应机制,依托北京地铁某盾构区间,建立模拟联络通道施工过程的有限元模型,通过与现场监测数据对比验证模型的准确性。继而研究联络通道施工对主隧道管片间错台位移、特殊管片应力及变形、螺栓受力的影响,并分析反力模式对主隧道管片力学特性的影响。结果表明:1)始发管片破除对主隧道力学性能影响较大,随着联络通道进一步开挖,主隧道受力和变形缓慢增大。2)管片间最大错台位移为1.17 mm,发生在特殊管片与普通管片接缝底部。特殊管片最大拉应力为18.6 MPa,出现在开口的顶、底部;最大压应力为27.0 MPa,出现在开口的腰部;最大横向扩张位移和竖向收敛位移分别为2.13 mm和4.56 mm。主隧道管片环间螺栓最大拉应力为213 MPa。3)背推式反力模式更利于控制开口处的横、竖向位移,反拉式反力模式更利于控制开口对面管片应力变形及其接缝处错动位移。

地铁盾构机刀盘切削混凝土桩的模型参数研究

在地铁盾构机切削混凝土桩过程中引入JH-2(Johnson-Holmquist-2)本构模型,提出了C30混凝土JH-2的各项参数获取方法,得到适合于C30混凝土的JH-2模型参数。采用ABAQUS有限元软件模拟混凝土的破坏,借助ALE自适应网格、单元删除功能的损伤失效准则,模拟了三维标准混凝土试块的抗压试验,并建立了三维混凝土桩基和简化盾构机刀盘模拟盾构机刀盘切桩的数值分析试验,并将模拟刀盘扭矩与施工现场的实测值进行了对比分析,研究结果表明:JH-2模型适用于盾构机刀盘切削混凝土桩的动态破坏数值模拟;C30混凝土在JH-2模型中的损伤参数通过模拟混凝土试块抗压试验得出D1=D2=0.45较为合适;地铁盾构机切削钢筋混凝土桩算例中混凝土的破坏形式为脆性破碎,为高度非线性过程。

给排水管线渗漏对地铁盾构施工影响的模拟分析

针对排水管线渗漏会导致地表沉降,从而影响地铁施工的问题。建立给排水管线渗漏模型,计算管线渗漏的二维渗流场,获取有限元离散化单元渗流方程。建立地铁盾构施工下土体力学模型,得到应力场控制方程,计算地铁盾构施工过程中土体荷载,仿真分析给排水管线渗漏时对地铁盾构施工的影响。仿真结果表明,在管线未渗漏条件下,地铁盾构施工会产生地表沉降;在地铁盾构施工过程中,地表沉降受到管线渗漏范围和地表位置等影响,距渗漏中心点越近,渗漏范围越大,地表沉降值越大;地铁盾构施工结束后,给排水管线发生渗漏时,地表的沉降值会呈现出先增加后趋于不变的趋势。

基于ABC-BP神经网络的地铁盾构隧道地层识别及复合比预测

为研究盾构掘进过程中掘进参数与地层情况的关联性,建立盾构掘进过程中的机-岩关系,依托南京地铁6号线某盾构施工区间数据进行复合地层下掘进参数的统计分析。首先,利用掘进参数与地层的相关性,采用人工蜂群算法优化的BP神经网络,建立可根据掘进参数识别开挖面地层并描述复合地层组合情况的ABC-BP神经网络模型;然后,针对盾构区间进行地层识别和区间内2种复合地层的复合比预测。结果表明:1)盾构掘进参数的波动范围与均值随开挖面所处地层变化,且依地层不同呈现一定规律性;2)地层类别预测结果表明,模型对上软下硬地层、中风化泥质砂岩、粉质黏土的识别召回率分别为94.1%、96.6%、96%,总体识别准确率为95%;3)针对复合比的预测结果表明,相较于其他机器学习模型,ABC-BP模型的平均绝对误差、均方根误差均减小且样本回归值提升,在预测精度和预测稳定性方面具有一定的优越性。

冲击荷载作用下地铁隧道盾构管片破坏特性

为了研究冲击荷载下地铁隧道盾构管片的破坏特性,采用轻气炮试验和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对冲击荷载下盾构管片的破坏情况进行分析,通过分析管片单元的应力状态研究了冲击荷载下盾构管片的破坏机理。结果表明:以冲击位置为中心,盾构管片试件表面径向主要受压,环向主要受拉,相同位置压应变大于拉应变;不同速度子弹冲击下,管片正面冲击坑水平方向及竖直方向尺寸相差不大;随着子弹速度的增加,管片正面冲击坑尺寸不断增大,冲击坑的深度不断增加,冲击坑等效直径增长随子弹冲击速度增加呈“三段式”;沿着子弹冲击方向,盾构管片试件单元应力状态从三向受压变化到三向受拉,盾构管片冲击正面混凝土受压破碎,盾构管片冲击背面发生受拉破坏。研究结果可为管片抗冲击设计提供一定的理论基础。

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。

顶管法施工对邻近地铁盾构隧道的安全影响研究

无锡某泵站工程采用顶管法施工,顶管近距离跨越运营地铁隧道。为保证运营地铁隧道结构安全,施工前采用有限元分析软件PLAXIS 2D和PLAXIS 3D模拟施工过程,预测了顶管法施工对隧道变形的影响,同时在施工期开展了全过程的安全监测。基于模拟结果和实测数据对比分析,得出以下结论:隧道变形均满足规范中对隧道结构变形的控制要求;数值分析结果与实测结果变形规律基本一致,顶管施工引起下方地铁盾构隧道的竖向变形表现为隧道隆起,水平变形相对较小,隧道收敛表现为横向压缩、竖向拉伸;顶管穿越施工引起下方盾构隧道上浮和轮廓收敛变形,隧道最大变形均发生在顶部,施工过程中应加强对隧道顶部上浮和轮廓收敛的监测工作。顶管法施工上跨地铁运营隧道的影响结果可为类似工程安全控制提供一定参考。

长距离小半径地铁盾构隧道控制测量技术研究

盾构施工法在地铁建设中逐渐被广泛采用,但受盾构设备、隧道线性等条件制约,长距离小半径曲线地铁盾构隧道施工难度较大。以沈阳地铁3号线甘官站~千岛湖街站区间为例,针对该长距离小半径曲线地铁盾构隧道建立了一套施工控制测量体系,从地面控制网测量、地下控制测量以及盾构掘进姿态控制等环节进行研究,最终解决了长距离小半径曲线地铁盾构隧道高精度控制测量的问题,保证了盾构隧道的准确掘进与顺利贯通。

高蒙脱石含量地铁盾构废弃泥浆固化和力学特性试验研究

本文基于杭州地铁盾构废弃泥浆固废处理,选用固废再利用矿渣、粉煤灰作为固化剂,生石灰作为碱性激发剂,对废弃泥浆进行固化处理,并对固化产物进行了一系列物理力学特性试验研究。试验结果表明,随着固化剂掺量的参加,固化土的强度明显增长;而当固化剂掺量不变时,矿渣掺量较大时,28 d的无侧限抗压强度较高,水稳系数均大于0.75。试验结果验证了该泥浆固化后可以用作城市道路基底路基材料。

海底风化槽地铁盾构隧道结构受力监测与计算

[目的]为探明海底风化槽盾构隧道结构荷载分布特征,特开展隧道管片结构内力响应规律研究。[方法]依托某跨海地铁盾构隧道项目,针对其海底风化槽段,实施了管片水土荷载及结构内力的系统性监测。通过数据分析,揭示了该区域隧道结构荷载与内力的分布特征,并进一步验算了潮汐荷载作用下管片的疲劳特性。[结果及结论]①监测结果显示,水土压力与钢筋内力经历了初期的显著波动后趋于稳定。稳定阶段的水土压力维持在0.1~0.4 MPa范围内。内侧钢筋应力范围为-2.19~-38.60 MPa,外侧的则为-6.95~-34.59 MPa。对比钢筋应力的计算值与实测值,二者比值为0.6~1.8,显示出良好的一致性。②管片所受水土荷载随潮汐水位的周期性变化(周期为12 h)而呈现相应的波动。管片接缝处的最大主应力水平为-2.45~-2.60 MPa,应力幅值在0.31~0.34 MPa之间,应力比则介于0.87~0.96之间。③在不同潮汐荷载幅值条件下,管片的应力水平保持相对稳定,而应力幅值则随潮汐荷载幅值的增加而线性增长,同时应力比呈线性下降趋势。当潮汐荷载幅值达到实测值的5倍时,管片的主应力幅值增大至1.70 MPa,应力比降至0.84,此时混凝土主应力的最大值范围为-1.6~-3.6 MPa。

地铁盾构泥浆制备同步注浆材料的性能研究

基于某地铁盾构施工产生的盾构泥浆再利用问题,采用盾构泥浆全替代砂,同时掺入减水剂、早强剂、微硅粉、纤维等材料设计并制备了同步注浆材料,采用正交试验法研究了减水剂掺量(1.0%~2.5%)、早强剂掺量(3%~6%)、微硅粉掺量(10%~25%)对同步注浆材料稠度和抗压强度的影响。结果表明:经优化调整得到的同步注浆材料的最佳配合比为盾构泥浆2000 g、水泥500 g、聚丙烯纤维1 g、减水剂5 g、早强剂25 g、微硅粉125 g、水987.2 g,此时,同步注浆材料的稠度、抗压强度等指标均满足工程要求。

小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响

为研究小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响规律,依托长沙轨道7号线云环区间段,对盾构施工引起的地表沉降和刀把段侧墙位移进行持续监测,采用有限元软件,分析在袖阀管注浆加固条件下侧墙的变形和应力特征,研究不同地层损失率条件下地表和侧墙的变形规律及不同侧墙厚度条件下侧墙的应力规律。结果表明,袖阀管注浆加固土体能有效减小由盾构施工引起的侧墙变形和应力;地表沉降和侧墙位移随着地层损失率的增加呈递增的趋势;侧墙厚度设置为800 mm时,侧墙所受拉应力可以控制在C40混凝土抗拉强度标准值之内。

地铁盾构用高黏度速凝触变泥浆配制及应用

为适应深圳市轨道交通14号线工程昂鹅车辆段试车线盾构机始发防水及掘进过程中地层沉降控制需要,通过对不同种类泥浆用土、水玻璃固化剂比较及泥浆黏度变化规律试验,配制出一种以膨润土、水玻璃、水玻璃固化剂为主要材料的高黏度防水触变泥浆。该种泥浆生产成本低廉,现场生产工序简单,成品浆液前期黏度低、可注性好,随龄期增长,黏度有较大幅度提升,可较好满足盾构机始发及掘进过程的防水需要。同时,因其具备较高的承载能力,在掘进过程中地层沉降控制、掘进线形纠编方面同样可以应用,结合常规的施工控制措施、监控量测和地质雷达检测手段,证明高黏度触变泥浆在盾构施工中应用效果显著,特别是浅覆土且沉降控制严格的盾构或顶管工程。