隧道轮廓激光雷达点云线特征共面约束标定方法

地铁隧道断面轮廓参数测量过程中,需要对高速激光雷达点云进行高精度系统标定。特别是大场景隧道环境,对标定模板要求高,标定过程复杂,检测精度影响大。针对此问题,本论文提出了一种新颖的适用于地铁隧道轮廓点云的标定方法,并基于双激光雷达测量系统,进行了算法研究。本方法设计了专用的手推行便携式标定系统,利用由点云数据提取的标定板线特征,建立目标函数,通过混合了遗传算法和Levenberg-Marquardt算法的非线性优化方法,寻找全局最优解从而实现对激光雷达的标定。实验结果表明:本方法对于两侧钢轨顶轨的标定误差在±1.5 mm以内;静态测量精度X误差在±1 mm内、Y误差在±4 mm内;当采集系统以5 km/h的速度进行数据采集时,动态测量精度X误差在±4 mm内、Y误差在±6 mm内。本方法能够实现激光雷达的高精度标定,算法鲁棒性强,具有易操作、环境适应性强的特点。

狭小空间地铁区间隧道盾构洞内解体方案研究

盾构法是地铁区间隧道施工的常用方法。在无法设置接收井的情况下,盾构到达后需要进行洞内解体,但在狭小空间内进行盾构解体施工具有巨大的技术难度和施工风险。针对穗莞深城际铁路机前段隧道工程的多台盾构机连续解体问题,对施工过程中的盾构设备拆除过程复杂、隧道内拆除作业空间有限、双模盾构后退困难、衬砌模板受限、安全风险多等重点难点进行深入分析,制定与工程情况相配的施工方案和流程,提出多台盾构连续拆解的施工关键技术。通过对拆解方案的适用性分析,成功提升其经济性和拆解效率,研究成果可为狭小空间地铁区间盾构洞内解体工程提供参考。

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。

青岛地铁大断面隧道围岩变形特性及施工方案优化

[目的]大断面隧道由于其形状扁平且跨度较大,一般采用多台阶多分步开挖,在施工过程中反复扰动围岩和临时支撑,影响围岩及支护结构稳定性,故须对其围岩变形特性进行研究,并优化施工方案。[方法]以青岛地铁4号线折返区间暗挖隧道为例,结合现场监测数据,通过有限元模拟分析现行施工方案中大断面地铁隧道三台阶九步开挖过程中的围岩变形特性,并与优化后的三台阶五步法做模拟对比。[结果及结论]模拟比较结果表明,现行施工方案横向距离隧道中心线26 m范围内的地面沉降较大,占总沉降量的89.77%;拱顶和拱肩在开挖后变形大,沉降量最大达到10.2 mm,拱顶围岩应力随开挖迅速增加,随着开挖工序推进,拱腰上部和墙角出现局部主应力集中。优化后的三台阶五步开挖法可实现快速开挖和支护,施工工序简化40%,同时减少了围岩扰动,其变形可控制在10 mm的合理范围内,改善了拱顶的应力重分布和墙角的应力集中现象。

灰岩地层中地铁盾构区间隧道上浮整治措施研究

在地铁运营过程中,地铁盾构区间隧道处于灰岩地层时面临较高的上浮风险。为保证地铁区间隧道结构稳定和行车安全,需在满足地铁安全运营的条件下,对隧道上浮问题进行有效治理。文章通过分析灰岩地层特性和该地层中区间上浮的原因,在确保既有隧道不出现二次扰动的前提下,对隧道上浮区段采取“泄水降压+管片固定桩+注浆止水环箍隔断+注浆填充”等措施对隧道空隙进行填充加固,同时采取“结构监测+壁后雷达探测+隧道病害监测”等辅助措施指导现场施工,确保整治工作顺利进行并取得良好效果,从而保证运营隧道安全,相关研究可为同类隧道上浮问题处理提供技术支撑。

地铁大断面隧道二次衬砌简易台车运用

以北京地铁3号线某区间为例,通过对比双侧壁导坑(6导洞)侧墙、拱顶组合模架体系与简易台车体系的模板支撑体系,主要阐述了区间大断面隧道如何利用小型的简易台车进行二次衬砌施工,解决地铁施工场地紧张大型台车无法拼装以及工期效率问题。

盾构区间隧道下穿暗渠施工稳定性分析

当盾构区间隧道近距离下穿暗渠时,施工会引起较大的土体变形和位移,加大了施工过程中的风险,也对项目自身以及沿线暗渠安全产生一定的影响。以青岛某地铁盾构区间隧道下穿暗渠为背景,通过建立三维有限元模型,评估了下穿河流过程中施工的稳定性,同时结合盾构下穿暗渠的施工工艺,对土体位移、管片变形、暗渠变形的规律进行了研究。研究结果表明:在双线隧道开挖过程中,地表竖向位移和水平位移均较小,最大地表沉降发生在双线隧道的上部区域,最大地表水平位移发生在隧道左侧;左、右线管片整体上浮,其中右线管片上部变形大于左侧管片的上部变形,但变形趋势大致相同,均呈对称分布,最大竖向位移出现在2个管片的正上部位置,位移值均较小;暗渠最大的竖向位移和水平位移发生在暗渠的中部、盾构隧道的上部,但管片竖向位移与水平位移均较小。该工程的地表沉降、管片变形和暗渠变形均满足施工规范要求,因此下穿暗渠的施工是可行的。该研究结果可为类似盾构区间隧道下穿暗渠的施工提供参考和借鉴。

浅覆土顶管近距离上跨施工对既有运营地铁隧道扰动规律与控制研究

顶管上跨施工会对既有运营地铁隧道产生扰动,开展顶管上跨施工对既有运营地铁隧道扰动规律与控制研究对于确保既有运营地铁隧道的安全与稳定具有重要意义。文章以南宁地铁5号线上跨施工为例,采用Midas-GTS进行三维数值模拟浅覆土顶管近距离上跨既有运营地铁隧道,分析顶管近距离施工引发地面沉降及临近盾构隧道变形与受力特征,探究并提出合理的变形控制措施。通过开展现场监测对比分析,验证变形控制措施的合理性,并及时采取注浆回纠等措施使地面沉降与地铁隧道变形控制在允许范围内。顶管洞通后通过顶管内预留的预应力管道将管节张拉为整体,进一步限制地铁隧道的上浮,且使顶管隧道本身的抗浮设计满足要求。相关研究可为其他类似顶管近距离上跨既有运营地铁工程施工提供参考和借鉴。

新建盾构区间上跨既有地铁区间施工安全分析

沈阳市地铁十号线工程中医药大学站~松花江街站区间采用盾构法施工,在K9+800上跨已经运营的地铁二号线崇山路~岐山路区间。盾构区间左线与既有二号线区间人防段净距约0.612m,盾构区间右线与既有二号线区间标准段净距约1.116m。文章通过建立有限元模型,采用数值分析方法,综合考虑边界条件、地层参数、开挖方案等影响因素,模拟盾构隧道掘进力学行为,开展相关分析,验证了施工方案的可行性。研究流程及方法可为类似工程提供借鉴参考。

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。

综合管廊与地铁及地下空间的共建案例分析

城市地下空间功能差别大且分属不同主管部门,对于综合管廊此类线性市政工程,在通过地铁车站、地下空间商业开发区段时,常常被迫中断。深圳地铁13号线共建综合管廊工程结合了地铁车站的建筑特点与地下空间开发的需求,实现了设计统筹,为综合管廊与地铁及地下空间的共建提供了标准的解决方案。综合管廊位于地铁车站附属下方共建时空间布局最合理,可以节省20%~38%的投资,同时综合管廊与地铁区间及地下空间共建时,也可以节省投资20%左右,经济效益显著。

分段柔性接头地铁隧道适应地裂缝大变形的模型试验研究

西安地裂缝是一种特殊的城市地质灾害,地铁隧道穿越地裂缝带时必须分段设特殊变形缝。以西安地铁隧道正交穿越地裂缝带为工程背景,采用几何比1:5的大比例尺模型试验,研究分段设缝柔性接头隧道穿越地裂缝带的适应性。试验结果表明:地裂缝活动环境下隧道设置特殊变形缝的柔性接头避免了衬砌结构应力集中,对结构起到保护作用,分段柔性接头隧道具有较强的适应地裂缝大变形的能力。设置与地裂缝倾角一致的斜变形缝对围岩压力与位移有一定影响,而对衬砌结构安全性影响较小。正交条件下斜变形缝能消耗20%以上的地裂缝位移量,在地裂缝影响区隧道可通过多段设变形缝串联的方式最大限度地消除地裂缝大变形对隧道的影响。接头处顶底部止水带基本完好,而两侧止水带因地裂缝垂直位移作用出现撕裂现象,防水设计应重点考虑接头两侧壁的防水。研究结果可为地裂缝活动环境下地铁隧道结构与防水设计提供重要参考。

光纤光栅感温火灾探测系统在地铁区间隧道中的应用

介绍了光纤光栅温度测量的原理,描述了光纤光栅感温探测系统的主要组成结构和各模块的功能特点。通过设置不同高度的火源位置及不同的火源功率,在模拟地铁区间隧道中开展了全尺寸火灾试验,研究光纤光栅感温火灾探测系统在隧道内发生火灾时的响应性能,测量隧道拱顶处最高温度以及报警响应时间,并根据光纤光栅传感器的温度变化情况来确定火灾规模。研究发现,在隧道内纵向风速较大时,火焰及烟气会发生倾斜,导致光纤光栅感温火灾探测器报警位置发生变化。讨论了光纤光栅感温火灾探测系统报警阈值的设置和光纤光栅传感器敷设间距的布置。

扩挖盾构隧道建成两连拱地铁车站模型试验

采用模型试验进行了扩挖盾构隧道建成两连拱隧道地铁车站的施工方案研究,重点研究扩挖施工的可行性和地层位移规律。同时,采用有限差分法进行了扩挖施工全过程二维数值模拟对比分析。结果表明,采用中导洞法扩挖建成两连拱隧道地铁车站的施工方案是可行的,但需进行拱脚和拱顶加固。施工完成后地层竖向位移场呈U型分布,随着加固地层力学参数的提高,地层位移减小,拱脚加固能够有效地减小地层位移。地表沉降曲线为近似正态分布,其宽度为3倍的车站结构总宽度。

地铁盾构区间近距离下穿顶管隧道力学响应及沉降控制标准研究

为解决郑州地铁4号线盾构区间隧道近距离下穿既有交通工程顶管群隧道变形控制问题,采用数值分析和现场监测的手段,揭示了地铁盾构隧道下穿施工对既有顶管群隧道结构变形的影响规律,建立以数值模拟为基础、以隧道管节接缝允许张开量和结构线形允许最小附加曲率半径为控制目标的既有顶管隧道沉降控制标准,并通过现场监测印证了数值计算结果的正确性和沉降控制标准制定方法的可行性。研究表明:(1)盾构以37°交角斜穿施工时,上部顶管隧道纵向沉降曲线呈现非对称特征,且施工过程中结构沉降曲线出现了一定的平移和偏转现象;(2)相对于接缝张开量控制标准,基于顶管隧道允许附加曲率的沉降控制要求相对更为严格,建议下穿施工扰动下顶管隧道最大允许沉降值取27 mm。

分布式光纤测温系统监测地铁火灾的试验研究

介绍了分布式光纤温度测量原理,详细描述了分布式光纤测温系统的主要组成结构和各模块的功能特点。通过设置不同高度的火源位置以及不同的火源功率,在模拟地铁区间隧道中开展全尺寸火灾试验,研究分布式光纤测温系统在地铁区间隧道内发生火灾时的温度响应性能,测量隧道拱顶处最高温度分布,并根据温度变化情况来讨论火灾发生的规模和火灾探测器的报警阈值。研究发现,在隧道内纵向风速较大时,火焰及烟气会发生倾斜,导致分布式感温火灾探测器报警位置发生变化。最后,对分布式光纤测温系统中感温光纤在地铁区间隧道内敷设高度进行了讨论。

地裂缝环境下不同隧道型式的地铁振动响应数值分析

以西安穿地裂缝带的地铁隧道工程为背景,利用ABAQUS软件建立了不同衬砌型式下的隧道–地裂缝–地层相互作用模型,对各有限元模型施加地铁移动荷载模拟体系的振动响应,分析了地裂缝邻近土体振动的基本特征,以及隧道断面尺寸和形状对振动响应的影响。计算表明:近振源处的土体以高频振动为主,远振源处的地表以低频振动为主;对于穿地裂缝带的分段式马蹄形隧道,隧道正上方地表地裂缝附近土体加速度响应强于远离地裂缝的土体,增大隧道断面尺寸,可以有效地减弱地表的振动;在本次模拟条件下,隧道断面形状对距隧道中心线12m范围内地表的振动有一定影响,对此范围之外的影响不显著;圆形断面下的位移响应与马蹄形和矩形的差异较大,马蹄形和矩形断面的位移响应差异不显著;地铁移动荷载下,地裂缝处上下盘土体间有一定的竖向位错量,其大小与距衬砌的距离有关。

破碎围岩条件下隧道挑顶施工技术研究

小断面隧道向大断面隧道转换是隧道施工面临的难点之一。文章依托深圳地铁2131标新莲区间工程,研究由G5小断面隧道向C5大断面隧道转换施工优化方案,并采用三维有限元方法计算分析不同施工工法的优劣性,将计算结果和监测数据进行对比分析,结果表明,纵向爬坡挑顶施工方法能更好地控制隧道施工后围岩变形和地表沉降,可尽量避免因破碎围岩纵向挤压造成的初期支护变形开裂,从而降低施工风险。

盾构下穿城市房屋施工风险与对策研究

文章针对无锡地铁1号线(大学城站—雪浪站)区间盾构下穿房屋特殊工况,进行了风险评估及处理。一是针对下穿房屋深水井,计算了屋内水井位置的土压力强度,并对在注浆压力作用下可能被击穿的水井进行了回填处理;二是针对下穿老旧房屋施工的安全,开展了房屋基础结构形式、使用情况及房屋安全性能、可控沉降量的调查评估,提出了盾构机均匀连续掘进、少纠偏、勤监测等施工对策。结果表明:土压力强度计算方法、盾构掘进参数控制、盾构姿态调整及监控量测手段是可行且正确的,达到了施工安全性的要求;盾构下穿房屋沉降量最大值为8.2mm,无任何险情出现。

基于不同本构模型的复杂地层大断面隧道开挖稳定性分析

多元结构地层中,土体单元触变性高,应力应变路径十分复杂,单一的本构模型不能满足隧道施工变形研究的需要。分析了摩尔库伦、修正剑桥、Druker-Prager和西原正夫等四种本构模型的屈服特性及应力应变关系,通过C++对FLAC软件二次开发,将本构模型程序化。以兰州轨道交通某大断面车站隧道为工程背景,模拟分析四种模型下大断面隧道开挖引起的地表沉降、底板隆起、两帮收剑的变化规律,发现摩尔库伦模型中洛德参数可识别土体单元处于压缩或拉伸状态,能较好地拟合地表沉降规律;修正剑桥模型可追踪岩土体的变形能力和抗剪强度随体积改变而变化的特性,能准确判断隧道直墙的水平位移变化趋势;Druker-Prager模型因考虑中间主应力及静水压力对相邻单元的作用,可反映出隧道内部土体移出后的底板隆起变形特点。以上规律可为复杂多元结构地层中隧道施工变形控制提供参考,从而保证隧道建设的高效与优质。