双圆盾构(DOT)隧道的地表沉降分析

分析了双圆盾构隧道的特点以及地表沉降的影响因素和不同计算方法.测试分析表明:双圆盾构隧道与圆形盾构隧道相比,双圆盾构隧道具有占用地下空间小、隧道断面形式多样化、切削面平衡操作简单、掘削土量少等优点;而隧道几何形状和埋深,土体性质的施工扰动,隧道衬砌的变形,盾构推进的平衡压力、姿态,同步注浆等是影响地表沉降的主要因素;最后得出双圆盾构隧道地表沉降与圆形盾构隧道具有相同的机理,但沉降值较大;双圆盾构隧道地表沉降槽的形态可以用正态函数表示,但最大沉降并不一定产生在隧道中心点.

双圆(DOT)隧道技术及应用

介绍双圆(DOT)隧道的发展、特点及相关试验,并以上海轨道交通双圆区间为工程背景,通过与单圆隧道施工的比较分析,阐述DOT隧道施工引起地面变形的因素及沉降规律,着重论述DOT隧道盾构施工的特殊技术。

DOT双圆潜盾隧道工程施工实务探讨

台湾桃园国际机场联外捷运系统CA450A标潜盾隧道工程,采双圆潜盾机(DOT)工法,为国内首例。本文针对CA450A标潜盾掘进施工过程包括环片生产、掘进管理、所遭遇困难及解决方式作整理说明,可为后续类似隧道施工参考。

双圆型(DOT)潜盾技术应用于机场捷运线之规划设计考虑

台北都会区捷运系统建设迄今已将近20年,其路网建设已完成76.6km,平常日载运量已达110万旅次;台北捷运自2004年起连续二年经国际地铁标竿联盟评定为"世界上最稳定的捷运系统",其服务质量更普获国人好评。一个高度经济发展的国家,机场大多有一条便捷快速的轨道运输系统,以提供机场旅客直达都会中心的运输服务,台湾桃园国际机场为进出之重要门户,为提升都市竞争力,急切需要一条安全、便利、快捷、舒适及准点之捷运线,衔接服务进出机场出入境旅客,故由交通部规划机场联外捷运系统,以连结台北车站、台湾桃园国际机场、高铁桃园车站等交通运输枢纽,期使国际航线与国内交通网络得以紧密连结。台湾桃园国际机场联外捷运系统系以潜盾隧道穿越淡水河河床而进入台北市,台北捷运工程局虽有将近15年单圆单线之潜盾隧道设计及施工经验,已通车之潜盾隧道约46.7km,然对淡水河河床下方需施作三处连络通道尚属首次,故本标案设计团队受命分别就环境冲击、施工风险性及经济效益等影响因素进行研析,评估传统双孔单圆潜盾隧道与先进双圆型(DOT)潜盾隧道之优劣利弊;由于双圆型潜盾隧道具有免作地中连络通道、隧道断面积及土地使用范围较传统隧道为节省、减少对外围地层之影响与整体工程工期较短等优点,且在日本及中国上海已有18处之施作实绩,故经整体考虑后,将以双圆型(DOT)潜盾隧道来取代传统单圆潜盾隧道进行规划设计。

双圆盾构隧道开挖引起邻近桩土位移试验研究

双圆盾构隧道具有比单圆盾构隧道复杂得多的断面形式,由此引起的邻近土体和桩的位移特征比较复杂。采用自主设计研发的双圆盾构隧道透明土试验装置,通过分析隧道上方水平与竖直地层位移特征、隧道周围土体位移云图、桩及桩周土体位移规律,系统探究不同埋深的双圆盾构隧道掘进引起的邻近桩-土位移响应。结果表明:随着双圆盾构隧道埋深增加,最大地表横向位移先增大后减小,最大地表沉降逐渐降低,隧道顶部沉降逐渐增加,沉降曲线形状由地表到隧道顶部呈“U-V-W”形的逐渐过渡;地表横向位移和隧道纵断面上方沉降分别在盾尾经过监测面(桩轴线位置)0.7D和0.6D(D为隧道开挖直径)后达到峰值并趋于稳定;随着覆土深度的增加,竖向地层的横向位移先减小后增大再减小,横向位移峰值位于隧道中心同一水平处,而土体沉降呈先慢后快地减小变化;邻近桩基对桩侧土体位移具有限制作用,桩基整体发生下沉和偏转;埋深为1.5D时的桩-土位移明显大于埋深为1.0D和2.0D时的桩-土位移。

双圆盾构隧道施工过程中管片力学性状的原位测试研究

本文介绍了双圆盾构隧道管片在施工过程中结构内力的现场测定试验及结构内力在施工荷载作用下的变化情况。盾构隧道管片内力的计算方法有许多种,但其在实际施工过程中的结构内力及其变化情况许多年来一直没有比较详细的研究。在我国首次进行的双圆盾构隧道施工过程中,隧道股份对双圆隧道管片在拼装、成环、推进等施工过程中的结构内力变化进行了详细的监测分析,掌握了大量的第一手监测数据,对双圆盾构管片在施工过程中的力学特性变化有了比较详细的分析研究。为今后的双圆隧道建设提供了详实的研究基础。

双圆盾构隧道衬砌结构设计及参数研究

评价了盾构隧道衬砌结构设计模型及其发展现状,指出不同计算模型的特点和适用范围,通过上海地铁M8线实际工程对不同计算模型进行了分析和对比,重点讨论了双圆DOT(Double-O-Tube)盾构隧道结构计算中各种设计参数对计算结果的敏感性。研究结果表明,双圆盾构隧道结构计算中,目前常用的几种计算模型(修正惯用法、梁—弹簧模型等)都能满足工程设计的具体要求,关键在于计算参数选择的合理性和匹配性。不同的设计参数对结构计算结果的影响程度各不相同,对于中浅埋双圆盾构隧道,拱背土压力的影响不能忽略,否则计算结果将偏不安全。

双圆盾构施工引起邻近桩基附加荷载的分析

应用"源汇法"理论,推导了双圆盾构隧道土体损失产生的三维附加应力计算公式。研究了双圆盾构机正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力以及土体损失在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明:在双圆盾构开挖面前方地下桩基受到挤压力作用,在开挖面后方负值附加荷载逐渐增大产生拉力,同时双圆盾构机轴线深度附近的桩基部位处产生较大的拉应力和压应力;双圆盾构机与土体之间的摩擦力在附加荷载中特别是y方向的附加荷载起主导作用;垂直于管片方向的附加荷载值较推进方向大,但影响范围小;竖直方向的附加荷载较小,靠近隧道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反,曲线呈"弓"形分布。经与数值模拟、离心试验、现场实测结果对比分析,验证了应用解析解研究双圆盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。

双圆盾构隧道施工土体扰动特性及实测分析

以上海轨道交通6#线双圆盾构区间隧道工程为背景,通过动态监测双圆盾构施工引起土体分层沉降、水平位移、孔隙水压变化、海鸥块背土挤土现象,总结归纳双圆盾构掘进土体扰动的基本规律,提出了双圆盾构施工土体扰动的区域性、时段性特征。

双圆盾构隧道衬砌不同内力计算模型对比分析

盾构隧道衬砌结构的内力大小及分布规律对衬砌管片的设计和施工控制具有重要的意义,尽管单圆盾构的内力计算模型已经比较成熟,但对于双圆盾构的内力计算仍有待进一步研究。文章拟对目前国内所采用的双圆盾构内力计算模型进行综合分析,并与所建议的双圆盾构梁-弹簧法比较分析表明:在相同边界条件下,双圆盾构衬砌结构的内力解析解获得的轴力和弯矩值一般偏大,数值解最小,而实测值介于二者之间,但不同方法计算结果所表现的分布规律基本一致,证明作者所提出的双圆盾构梁-弹簧模型可为双圆盾构衬砌结构的设计和施工提供参考依据。

常规和广义反应位移法在浅埋双圆盾构隧道中的应用比较

文章阐述了常规反应位移法的基本原理、分析方法及其存在的问题,给出了常规反应位移法地层结构滑移和不滑移两种假定下的地层弹簧刚度取值公式,并提出了基于地层-结构模型的有限元广义反应位移法。该法的地震强制位移施加在地层左右两侧边界上,两侧边界受到水平滑移支座约束,底部基岩边界受到固定支座约束,并在结构地层界面之间引入摩擦接触单元模拟界面滑移效应。不同界面条件下,双圆盾构隧道采用常规反应位移法和有限元广义位移法的对比表明:考虑界面滑移的有限元广义位移法能更加真实地反映双圆盾构隧道的地震效应;在地震强制位移作用下,双圆盾构隧道两洞管片衬砌附加弯矩为倾斜的8字形分布,中柱附加弯矩为线性分布,反弯点出现在中柱中点附近;管片上附加轴力基本为压力,中柱附加轴力为拉力且沿高度基本不变;管片上附加剪力为正8字形分布,中柱附加剪力沿高度基本不变。

双圆盾构隧道衬砌结构受力解析

应用不均衡力矩及侧力、竖力传播法推导了双圆DOT盾构隧道衬砌内力的解析解。结合具体工程实例计算，与同一工况下的数值模拟和现场试验实测数据进行了对比分析。结果表明：解析解的计算结果稍微偏大，数值解最小，而实测值基本是介于二者之间，但三者所反映的内力变化规律基本上是一致的，验证了所推导的解析解的合理性和可靠性。此外，基于解析解分析了双圆盾构隧道衬砌结构计算中各种设计参数对计算结果的敏感性，研究表明：对于中浅埋双圆盾构隧道，拱背土压力的影响不能忽略：并建议将侧向土体抗力系数取为2500～6500kN／m^2，以充分发挥地层的被动抗力作用：在考虑结构受力和合理利用、优化结构断面的基础上，张开角应在30°～60°取值。

软土地层中双圆盾构法隧道的抗震分析

目前对于上海双圆盾构法隧道的抗震问题 ,尚没有成熟的方法可供利用。本文结合上海地区典型软土室内动力试验研究成果 ,采用考虑土 -结构相互作用的软土地层中地下建筑物抗震稳定分析方法 ,研究了隧道 -土体体系二维地震反应 ,并应用梁单元有限元模型研究了隧道的纵向地震反应。计算结果包括 :地震引起的隧道周围软土孔隙水应力比、震陷、动剪应力比 ,以及隧道结构的动剪应力、轴力、剪力、弯矩等。最终从地震影响角度对该隧道的优劣作了初步评价 ,为工程决策提供了重要参考依据 ,所得结论可为软土隧道抗震设计提供参考依据。

双圆盾构隧道施工力学行为三维数值模拟

结合上海轨道交通M6线双圆盾构区间隧道工程,应用有限差分程序FLAC3D分析双圆盾构隧道施工力学行为,对双圆盾构施工扰动引起的土体位移场特性进行监测与数值模拟对比分析。分析表明,数值模拟结果与监测值基本吻合。双圆盾构施工扰动土体位移场特性与单圆盾构类似,但影响范围、量值更大。对于深层土体,计算所得的最大沉降、隆起值分别为-0.042m、0.08m,对于浅覆土地层,隧道开挖后,易出现整体上浮现象,隆起值达0.03m。双圆盾构施工扰动所引起的深层沉降、侧向位移还需要进一步研究。所得结论为进一步研究异形盾构施工环境土工影响提供参考。

双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测

结合中国第一条双圆隧道工程施工,对双圆隧道盾构推进对周围环境影响的现场监测方法进行了论述。文章以双圆盾构隧道区间施工为实例给出了双圆盾构推进过程中周围土体的变形、土压力、水压力变化的监测方法与测点布置方案,据此监测方案,可以详细监测与分析盾构推进过程中周围土体的地表变形、深层土体变形及土体中的土压力、水压力的变化,从而揭示盾构推进对周围的土体环境的扰动影响规律。

双圆盾构隧道施工的有限元模拟与分析

采用三维非线性有限元法模拟了广州地铁某双圆盾构隧道试验段的实际施工过程,计算得到了地表沉降、土体内部变形、地基应力等结果,分析后得到了一些有益的结论,为完善盾构施工技术提供了计算依据,亦可为探索和完善广东软土地层中盾构隧道技术提供参考。

软土盾构近距离下穿地铁双圆隧道变形实测分析

为研究盾构下穿对地铁双圆隧道变形的影响,以上海地铁14号线盾构下穿地铁6号线双圆隧道为工程背景,对双圆隧道在前后2次盾构下穿过程中的变形进行实测分析。结果发现:1)盾构穿越导致双圆隧道发生竖向隆起变形和双线差异变形产生的断面扭转变形,断面扭转变形引起的轨道变形难于控制;2)双圆隧道竖向变形为隆起变形,其变形分布形态随切口位置变化而变化,穿越后交叉点附近呈现特有的"驼峰状"隆起分布;3)2次穿越扰动与叠加效应显著,表现为隧道隆起变形时间延长,累计量增大,2次穿越引起的最大变形位置发生改变;4)双圆隧道的扭转变形随切口位置呈波浪形动态变化,出现多个拐弯点,对其环缝受力与变形十分不利,第2次穿越时的扭转变形较第1次穿越有所减小;5)双圆隧道断面最不利扭转出现时刻不同于隧道最大变形出现时刻,且扭转最不利位置与最大隆沉发生位置产生了错位;6)盾尾注浆对双圆隧道变形的控制效果明显,但将导致双圆隧道的扭转变形增大。

软土地层双圆盾构掘进对周围土体扰动分析

双圆盾构具有断面形式特殊、开挖面积相对较大的特点,其推进将引起较大的地层扰动,而过大的土体扰动往往引发一系列环境病害。依托上海某双圆地铁隧道区间工程,构建三维弹塑性有限差分模型,计算分析双圆盾构掘进引起的地表位移场以及土体应力场分布,并将数值模型计算结果和现场监测数据进行对比验证。研究表明:双圆盾构施工引起的地表变形横向分布基本符合正态分布,影响区域主要集中在轴线两侧2倍盾构宽度范围内;切口到达时地表隆起,盾尾离开后,后方土体产生沉降,脱离20环左右地表纵向沉降逐渐趋于稳定;盾构掘进对下部土体的影响相对较小,盾构底部土压力增加最小,盾构中轴线上方土压力增量最大。研究成果可为今后此类施工提供理论依据和前期指导。

双圆隧道二次注浆对结构的影响研究

上海轨道交通2号线东延伸段的川沙站到凌空路站,采用双圆盾构进行施工,运营期内持续沉降,后采用双液注浆的方式进行沉降治理。对双液注浆期间对结构会产生怎样的定量影响,及双液注浆完成后,加固体对衬砌的反作用力是否能保证衬砌结构的安全等问题,进行了详细的分析和计算,为注浆治理沉降工作提供理论依据。

盾构法隧道双层车道布置构想

针对盾构法隧道的特点 ,根据公路建筑限界的要求 ,布置了双层车道 ,还设想了采用等直径和不等直径双连DOT盾构法隧道建造双层车道的方案。