地铁隧道基底湿陷性黄土地层处置方案优化分析

[目的]为了研究处置湿陷性黄土地层的优化措施,需要对黄土浸水湿陷后隧道结构的变形特性进行研究。[方法]介绍了湿陷性黄土隧道地基处置方法;以穿越湿陷性黄土地层的盾构地铁隧道为例,采用三轴搅拌桩法作为地基处置方法,采用MIDAS GTS软件建立数值计算模型,分析在不同处置深度及处置宽度情况下,黄土地基浸水湿陷变形后对地铁隧道结构各部位的竖向位移和衬砌结构内力的影响。结合隧道结构各部位竖向位移和衬砌结构内力的变化趋势、施工经济性及相关要求对处置方案进行优化。在3种处置宽度和7种处置深度条件下,分析隧道拱腰、拱顶、拱底处竖向位移、弯矩、主应力的变化规律,给出最合适的处置建议。[结果及结论]处置深度越大,隧道结构各部位的竖向位移越小,衬砌结构内力越大;处置宽度越大,隧道结构各部位的竖向位移与衬砌结构内力越小。本案例工程中,最佳处置深度为7 m,最佳处置宽度为16 m。

自重湿陷性黄土场地地裂缝地铁暗挖隧道涌泥灾害处理与风险控制

[目的]黄土饱和湿陷可能出现地下空洞。暗挖隧道穿过自重湿陷性黄土场地地裂缝设防段时,若遇到地下空洞,易引发涌泥灾害,需采取有效的处理措施,以控制施工风险。[方法]以我国某穿越地裂缝的浅埋暗挖法地铁隧道为例,介绍了该工程的概况及地质情况,以及发生涌泥灾害的概要。地质勘探查明地铁右线隧道上方地裂缝破碎带存在黄土空洞,根据该空洞的地层特性及涌泥风险特征,采取了挂网喷射混凝土、小导管注浆固结、型钢及支撑加固、注浆回填空洞等施工措施。在此基础上,进一步阐述了隧道涌泥体清理、隧道二次开挖过程的风险控制措施。[结果及结论]案例工程涌泥灾害的处理措施,以及隧道涌泥体清理、隧道二次开挖过程的风险控制措施是可行、安全的。措施实施后,快速控制了险情,确保了周边建筑物安全。

突发高压渗流作用下黄土地铁隧道水压阶跃效应分析

高压水源外泄具有突发性、快速性和释能效应,诱发的黄土围岩灾变性态及隧道结构劣化影响要比静力入渗作用更严重。为揭示高压渗流作用下黄土围岩水压阶跃效应的传递特征、诱因及其对隧道结构受力的影响规律,通过开展相似模型试验,对黄土围岩渗流性态的时空演化及隧道力学响应进行研究。研究表明:突发高压渗流过程依次经历了黄土局部湿陷侵蚀→产生隐伏空腔→形成优势通道→围岩水压及结构内力阶跃波动→渗流趋于稳定;局部湿陷势释放和优势运移通道的孕育发展是围岩水压及结构受力阶跃波动的主要原因;在不同水源位置下,起拱线以下衬砌内力变化均显著大于上部结构,且拱底位置受力影响最大,其中在上部水源时轴力的最大阶跃增幅为324kN,在下部水源时弯矩的最大阶跃增幅为84 kN·m;优势运移通道下侧围岩区域所受影响最大,在不同水源位置下衬砌内力影响程度表现为上部水源>下部水源>侧部水源。

西安饱和软黄土隧道变形控制及其适用性

目的:西安地区有大量的饱和软黄土,其具有承载力差、压缩性强和工程性质较差等特点,因此需针对饱和软黄土特殊的物理力学性质,研究西安饱和软黄土隧道变形控制及其适用性。方法:以西安地铁4号线穿越饱和软黄土工程为例,对比分析了止水与降水措施对隧道施工结构及土层变形的控制效果。结果及结论:研究结果表明:①在饱和软黄土的影响下,隧道变形以竖向变形为主,拱顶处的最大沉降值为6.3 mm,拱底处的最大隆起量为6.8 mm,最大水平位移为1.8 mm。②当采用台阶法施工时,地面中心点沉降值最大;当采用CRD(中隔墙加台阶)法施工时,地面中心点沉降值次之;当采用盾构法施工时,地面中心点沉降值最小,盾构施工对地层的扰动相对较小。③降水和止水措施均可有效降低土层含水率;当采用降水措施时,地面和建筑物的沉降总量较大,但两者间的差异沉降较小,沉降曲线呈台阶式分布;当采用止水措施时,地面和建筑物的沉降总量较小,整体呈平缓递增的趋势。现场监测结果表明:①WSS(无收缩双液)注浆后,开挖轮廓外2 m范围内的土体强度达到了1.2 MPa,开挖范围内的土体强度达到了0.6 MPa;②与降水措施相比,WSS注浆后的地面沉降量减少了65%,拱顶处的沉降量减少了50%;③数值模拟结果与现场监测数据相吻合,验证了数值模拟的准确性。

饱和软黄土城市地铁隧道安全风险分析及应对措施研究

饱和软黄土城市地铁隧道自身和环境风险普遍较高,为了准确辨识、评价和规避可能存在的施工安全风险,在饱和软黄土典型物理力学特性和地层赋存规律研究的基础上,分析风险发生的根本原因,结合工程实践讨论4种典型风险,并提出风险控制措施。研究表明:1)饱和软黄土在Q3和浅层Q2黄土地层中均有分布,具有欠压密特征、饱水软弱性和失水变形大的特性。2)因大孔隙结构的存在,在水的作用下,土体稳定性变差,是城市地铁隧道工程风险产生的根本原因。3)失水变形是环境风险的根源,制定合理的地下水控制措施是关键;饱水软弱性是自身风险的根源,可采取选择规避、优化竖井位置和开挖方向、评价降水后状态、加强堵头墙刚度及多策并举等控制措施。

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征研究

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征,得出荷载在衬砌结构各部分中的分担比例,本文以西安地铁二号线为研究对象,选取2组不同围岩条件的测试断面,开展现场测试工作。对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及二次衬砌结构应力进行研究。结果表明:隧道墙脚位置初期支护与围岩之间接触压力较大,表明这二者承受大部分垂直压力;初期支护所受围岩压力随着土体强度降低而增大,且分布形式更趋于静水压力作用特点;二次衬砌作为主要支护结构承担大部分荷载,初期支护与二次衬砌接触压力随围岩土体强度降低而显著增大,二次衬砌在支护体系中作用也随土体强度降低而凸显;二次衬砌混凝土基本受压,拱腰及以上位置应力较大,仰拱处应力较小。

地铁区间隧道黄土地层注浆预加固技术研究

根据西安地铁浅埋暗挖区间隧道施工的实际情况,为提高黄土地层的围岩强度,降低围岩的透水性能,采用二重管无收缩注浆预加固技术对地层进行注浆预加固。然后通过现场观察取样、室内试验和数值模拟分析研究地层注浆预加固后的效果。结果表明:掌子面有大量明显的浆脉,且围岩稳定,未发生坍塌、失稳、涌水、涌泥等现象;掌子面土体均比注浆前的土体坚硬、密实,取回的土样也不易破碎;掌子面土体的平均含水率降低,渗透系数显著减小,黏聚力和内摩擦角增大,抗剪强度增强,无侧限抗压强度明显提高;初期支护受力状况得到明显改善,围岩塑性区范围与塑性应变值减小。由此可见注浆预加固措施取得了明显的效果。

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道衬砌受力分析

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道衬砌结构的受力特征,得出荷载在衬砌结构各部分中的分担比例,以西安地铁2号线实体工程为依托,开展了较大规模的现场测试工作,对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及二次衬砌结构应力进行了研究。结果表明:在三连拱大断面地铁隧道中先开挖洞室初期支护各部位所受的围岩压力均大于后开挖洞室初期支护所承受的压力;左、右线中墙顶、底部初期支护承受的压力较大,表明隧道中隔墙承担了较大的上部土体荷载;初期支护与二次衬砌承受的荷载比例为52.81%和47.19%;二次衬砌混凝土基本受压,左、右中隔墙二次衬砌混凝土受压最大。在标准断面地铁隧道中左、右线墙脚位置初期支护与围岩之间接触压力较大,表明这两位置承受了大部分垂直压力;初期支护与二次衬砌承受的荷载比例为40%和60%;二次衬砌混凝土基本受压,拱腰及以上位置应力较大,仰拱处应力较小。

黄土地区地铁隧道盾构施工时既有房屋的变形规律分析

运用FLAC3D软件预测黄土地区隧道盾构施工诱发既有房屋的变形。预测结果表明:盾构施工会造成邻近的砖混楼房条形基础发生不均匀沉降,且沉降量大于规定的允许值(15mm)。在采取合理的盾构推力、盾构连续匀速地推进、增大土体流塑性及二次注浆等技术控制措施后,经实测证明:盾构隧道邻近房屋的变形明显变小,且在规定允许值之内,控制措施效果良好。分析结果表明,黄土地区隧道盾构施工会对距离盾构8～10m范围内的砖混结构造成过大变形。这种变形主要表现为房屋基础沉降不均匀,故在隧道盾构施工中应采取相应的控制措施。

黄土地区既有隧道上方新建建筑施工影响分析

针对黄土地区大面积基坑开挖与高层建筑施工对下卧地铁隧道的不利影响,对基坑开挖与高层建筑施工进行了模拟分析,研究表明,大面积基坑开挖引起下卧隧道的隆起变形与内力变化均在可控范围之内,地铁隧道与上部建筑"结构分离"的设计思路是安全可行的,建筑物荷载能够通过转换梁与桩基础形成的转换机制有效地传递到隧道下方的地层深处,同时扩散至隧道的附加荷载在一定程度上是有利的;基坑开挖应遵循先两边后中间的开挖步序,尽量减少基坑中部区域地层应力的释放与坑底隆起,同时还应采取措施尽量减少基坑开挖初始阶段引起的地层扰动。研究结论对后续类似工程具有重要的借鉴意义与参考价值。

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。

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。

饱和软黄土地层地铁隧道施工诱发的地表变形

开展西安饱和软黄土地层地铁隧道施工地表沉降特性研究具有重要理论意义与工程应用价值,以西安地铁三号线通化门-胡家庙区间隧道右线为工程背景,采用现场实测的手段研究了饱和软黄土地层矿山法地铁隧道施工诱发的的地表沉降规律,并与该地层下采用矿山法与盾构法施工和饱和软黄土地层与普通黄土地层下的地表沉降值进行了对比。实测数据表明饱和软黄土地层矿山法施工诱发的地表沉降最大值位于隧道中心处,其值为48.98 mm,影响范围约为2倍的隧道洞径,最终的沉降槽宽度为2D;纵向地表沉降变形历时曲线可分为3个阶段,其中第二阶段占总沉降量的3/4,为主要沉降阶段。饱和软黄土地层采用盾构法施工时地表沉降最大值为35.5 mm,而采用矿山法施工时地表中心沉降最小值为41.2 mm;与普通黄土地层相比,在普通黄土地层采用矿山法施工时地表中心最大沉降值为28.1 mm.结果表明:饱和软黄土地层地铁隧道施工诱发的地表沉降远大于普通黄土,当隧道存在饱和软黄土地层时必须引起重视应优先采用盾构法施工,如采用矿山法施工必须采取相应的控制措施。

斜穿地裂缝黄土地铁隧道施工诱发的地表沉降及隧道变形规律研究

研究地裂缝影响区内存在可弱化土体的不利因素情况下,西安黄土地区地铁隧道暗挖斜穿地裂缝施工所诱发的地表及隧道相关变形规律。通过FLAC3D模拟预测施工变形规律,并与实际监测数据进行对比分析,得到以下结论:(1)FLAC3D模拟表明,隧道暗挖施工穿越地裂缝时裂缝临近处收敛值会在初期出现短暂负收敛现象;(2)地表在地裂缝影响带的差异沉降发展集中在穿越前和穿越过程中,而拱顶上下盘差异沉降主要集中在穿越过程中;(3)当地裂缝影响带内存在可弱化土体强度的不利因素时,地表最终沉降的峰值点会向不利因素处移动;(4)拱顶最终沉降的峰值点基本在隧道轴线和裂缝的相交处,其受地表的土体弱化因素影响较小。

黄土地层地铁隧道CRD(交叉中隔墙)工法施工引起的围岩变形及地表沉降规律

以西安地铁4号线大唐芙蓉园-大雁塔区间为工程背景,采用有限差分软件FLAC 3D建立土体三维计算模型,对暗挖区间进行数值模拟,并结合实测数据分析黄土地层隧道交叉中隔墙(CRD)工法施工引起的围岩及地表变形规律。研究结果为:CRD工法施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最终形成的沉降槽宽度约为2倍的隧道洞径;掌子面开挖至监测断面时,纵向地表沉降的速率迅速增大,掌子面远离监测断面时,沉降速率逐渐减缓,当掌子面离开监测断面约2倍隧道洞径后,沉降值趋于稳定;拱顶沉降与纵向地表变形规律基本一致;围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。

西安地铁1号线区间特殊地段施工风险评估

利用模糊层次综合评判方法建立西安地铁1号线地铁半坡—纺织城区间特殊地质情况施工评估分析模型,并利用该模型对地铁施工安全影响较大的风险因素湿陷性黄土和地裂缝进行分析评估,得出其危险事件发生的概率和各基本事件的重要度,针对计算风险等级系数制定该工程事故的技术预防措施。根据地铁隧道工程项目自身特点,对风险进行控制和管理。

列车振动对黄土地铁隧道结构影响研究现状

近年来,我国黄土地区城市轨道交通系统发展迅猛,一系列黄土地区地铁隧道结构安全性评价相关问题日益凸显,亟待开展黄土地区地下隧道结构长期稳定性与安全性相关的问题研究。针对地铁长期运营振动引起的黄土地铁盾构隧道结构动力响应研究相对滞后的现实,特别是地铁列车振动荷载作用下盾构隧道结构的损伤特性和寿命预测研究严重不足的问题,总结了国内外重要研究成果,对地铁列车振动对黄土地区地铁盾构隧道结构影响的研究现状进行分析,主要包括地铁列车振动荷载研究列车振动荷载下黄土动力特性、隧道结构响应及隧道结构长期寿命研究等,分析了当前研究存在的问题,并进一步提出了解决问题的思路和想法。

大厚度自重湿陷性黄土地层条件下复杂地铁隧道工程方案研究

在大厚度自重湿陷性黄土地层修建地铁区间隧道,目前国内尚无类似工程经验可供借鉴。参考国内外对湿陷性黄土处理方法的研究现状,并结合湿陷性黄土地层修建地铁隧道的工程特点,文章阐述了《GB50025-2004湿陷性黄土地区建筑规范》对地铁隧道工程适用的局限性,进而提出了地铁区间隧道穿越湿陷性黄土的处理原则及分析流程;并针对西安大厚度自重湿陷性黄土地层条件下某复杂地铁区间隧道工程开展方案研究,根据提出的处理原则及分析流程并结合周边环境及线位条件,通过方案分析和比选表明:复杂地铁隧道工程(含明挖法、浅埋暗挖法、盾构法)穿越大厚度自重湿陷性黄土采取线路避让优先的处理原则是经济、合理且可实施性较强的;同时还对地铁隧道穿越自重湿陷性黄土的处理及防治措施提出了一些合理化建议,以期对后续湿陷性黄土地区修建地铁隧道提供一定的参考和借鉴。

浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位分析

研究目的：为了解浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位规律，本文结合西安地铁二号线依托工程，构建三维数值计算模型，对黄土地区浅埋暗挖地铁隧道施工的地表、地层纵、横向变形规律进行系统研究，以期提高黄土地区地铁区间隧道的修筑水平。研究结论：（1）双洞开挖的空间效应与开挖洞径和相对位置有直接关系，后开挖洞室掌子面距先行洞室测试断面两倍洞径左右时开始产生影响，开挖洞室到先行洞室测试面断面时，影响最大；（2）浅埋暗挖法施工中地表地层沉降基本经历缓慢变化、急剧变化及逐渐平稳三个阶段；（3）施工对地层的影响与埋置深度近成反比关系，随地层深度逐渐增加，施工对另一侧地层的影响则逐渐减弱；（4）沉降速率与距离监测断面成反比关系，随掌子面向监测断面的靠近而不断增大，而后随着掌子面远离监测断面而不断减小，呈漏斗形，最大值在掌子面过后的2～4m的范围；（5）横向的地表沉降曲线呈宽底漏斗状，地层沉降曲线变为标准w形；（6）本文研究成果可为西安地铁修建中的地上地下重点文物和古今建筑的保护提供技术支持。

黄土地区地铁隧道不同湿陷变形方式模型试验系统的研制及应用研究

为研究不同湿陷变形方式下黄土地区地铁隧道周围土体的沉降量变化规律,研制出一种测量黄土在均匀湿陷、不均匀湿陷时沉降量的模型试验装置。该装置由模型箱、流速控制系统和沉降量测量系统组成。通过室内模型试验对黄土在遇水后的湿陷变形规律进行总结,并对黄土地层在两种不同浸水方式下隧道围岩土体的变形规律进行分析。试验结果表明:不均匀湿陷最终累计沉降量大于均匀湿陷最终累计沉降量,说明不均匀湿陷对地铁结构物的危害更大;两种湿陷变形方式均为隧道中线附近沉降最大,因此,施工时应该重点加强隧道中线的位移监测。通过室内模型试验,分析了均匀与不均匀湿陷对黄土地铁隧道变形影响,研究结果对湿陷性黄土地区地铁隧道建设中施工把控及灾害规避具有重要意义。