盾构隧道下穿高铁路基变形影响规律及加固优化研究

为研究盾构隧道下穿高铁路基施工时对路基的影响规律,探究在隧道开挖过程中运用不同加固措施对既有高铁路基的影响程度。以西安市某地铁工程为依托,利用室内模型试验对比分析盾构隧道下穿高铁CFG桩复合路基过程中,无加固、超前管幕工法加固与地表袖阀管注浆加固3种隧道施工条件下,地表沉降值和沉降槽的空间分布规律;采用数值模拟分析验证超前管幕工法加固工况下盾构隧道下穿时,高铁路基、道床的位移变化规律。室内模型试验结果表明:盾构隧道施工中采用管幕工法加固后复合地基正上方的地表沉降最大值减小28.6%,采用袖阀管注浆加固后减小18.0%,并且采用两种加固措施后的CFG桩最大附加轴力均减小20%以上。因此,在隧道掘进过程中采用一定加固措施,可改善围岩稳定性,其中管幕工法加固效果更为显著。数值模拟分析表明:采取管幕工法加固施工与不采取加固措施相比,路基最大沉降量减少33.78%,道床最大沉降量减少45.08%。因此,管幕工法加固能够有效减小对既有高铁路基的影响。

渗流作用下三亚河口通道管幕冻结法温度场数值模拟分析

为得到在渗流作用下管幕冻结法温度场的变化规律,以三亚河口通道海底隧道工程初步设计为例,运用有限元数值模拟软件建立水热耦合模型,假设模型中渗流流向自左向右,通过改变模型中平均渗流速度的大小对冻结帷幕的发展、封闭性、厚度变化等进行分析.结果表明:在冻结期间,随着平均渗流速度的增大,外圈冻土帷幕的形成时间延迟,其向渗流流向偏移的程度增大,且最终稳定的冻土帷幕平均厚度减小;在冻结约14 d后,不同水头差下的冻土帷幕内部渗流速度均降至0 m/d,冻土帷幕在形成的早期受渗流作用的影响较大.鉴于原冻结方案较为保守,提出优化冻结方案:将原冻结方案外圈冻结管减少一半至48根,且调整盐水降温计划实现二次优化.对二次优化结果分有渗流与无渗流两种情形进行讨论,结果得出:优化后在渗流作用下冻土帷幕厚度约5 m,比原方案减少了2 m,既满足冻结设计要求,又提高了经济性.

超浅覆土大断面矩形顶管近距离双线施工地表沉降规律及加固效果评价

矩形顶管施工过程中会对周围土体造成扰动,引起地表产生竖向变形。为研究超浅覆土顶管施工过程中的地表沉降规律,以深圳市某下穿道路矩形顶管工程为背景,使用PLAXIS3D软件对顶管双线施工进行有限元模拟。首先将模拟结果与实测结果对比以验证模拟结果的合理性,然后分析双线施工地表沉降变化规律,最后对现场加固措施进行评价。主要结论如下:未加固时顶管顶进过程中,最大沉降量位于始发端,最大隆起量位于接收端;加固后地表沉降最大值点及沉降最大值均发生了改变:加固后地表最大沉降值点由始发井改变为顶管中部区域,最大沉降值减少了6.15mm,表明现场加固方案效果显著;未加固和加固后地表沉降纵向曲线规律基本一致,表现为三个阶段:隆起期、快速沉降期和沉降稳定期;未加固和加固后地表横向沉降槽变化情况基本一致。

海底隧道管幕冻结法水热耦合温度场数值模拟分析

为得到渗流作用下管幕冻结法温度场的发展规律,结合三亚河口通道隧道冻结工程,基于达西定律与多孔介质传热理论,运用有限元软件建立水热耦合数值模型,采用更改模型渗流流速大小和建立测温路径的方法,围绕冻土帷幕的发展情况、交圈时间、壁厚进行分析。结果表明,冻土帷幕随渗流的流向发展,下游侧土体开始冻结的时间早于上游侧土体,且最终温度低于上游侧土体;当流速约为2.87 m/d时,低渗流流速作用对整体冻土帷幕交圈的时间影响较小;随着渗流流速的增大,整体冻土帷幕交圈所需的时间明显增加,其区域的不均匀程度变大,厚度减小;当流速增大至约10.02 m/d时,冻土帷幕出现局部不交圈的情况。考虑到原冻结方案偏于保守,设计优化方案为将内圈冻结管总数由80根减少至56根,模拟分析后的平均冻土帷幕厚度约为4.28 m,相较于原方案减少了0.195 m,仍满足冻结设计要求。

地下管廊深基坑回填土层沉降特征研究

为研究城市地下综合管廊回填后路面的沉降规律,依托雄安新区某管廊工程,运用现场回填土层沉降变形物联网智能监测与数值模拟计算方法,建立了综合管廊基坑回填施工过程的力学计算模型,对不同工况下的路面沉降与管廊结构的应力、应变情况进行分析。研究结果表明:1)回填土体的累积沉降量及各土层间的沉降差随着回填土层厚度的增大而增大。2)在阶梯法回填施工中,施工回填段数越多,路面沉降量及不均匀沉降程度越小,管廊结构变形越大。3)施工后的路面沉降量随着压实度的增大而显著减小。相关模拟方法与研究成果可为类似综合管廊回填工程的方案设计提供参考依据。

多因素下大直径电力隧道顶管诱发地表沉降研究

顶管施工过程中会对土体产生较大扰动,导致一定施工范围内的土体发生变形。本文依托南泥湾大直径电力隧道顶管工程,通过现数值模拟的方法探讨了摩擦系数、支护压力和注浆压力、管道埋深、管道直径对地表沉降的影响。结果表明:摩擦系数的增大,会使地表的沉降增加;支护压力在管道轴线上方的地表沉降产生影响,但超过二倍管径,则影响不大;适当的注浆压力能够抑制地表土体的变形;管道埋深会对地面最大沉降值和沉降槽宽度产生影响,并对地面的影响范围会扩大;管道直径的增加,会让管道周围土体最大沉降值增加,并且变化显著。研究结果可为控制顶管施工引起地表沉降措施提供参考。

管棚对顶推地道桥路面沉降抑制作用分析研究

为研究地道桥顶推施工全过程中管棚对路面沉降的抑制作用,结合某市政次干道下穿机场高速通道工程实例,建立了无管棚和Φ402管棚的三维有限元数值仿真模型,采用“分层分块开挖方法”和“生死单元方法”来模拟顶推施工过程中既有路面沉降规律,以及管棚自身的应力和变形特征。结果表明:所建立的三维数值仿真模型较好地模拟了管棚超前支护下的路面沉降,计算结果与现场监测较为吻合;在顶推施工过程中,采用Φ402管棚可以有效抑制路面沉降,尤其是进口附近的路面沉降,最大沉降基本满足<20 mm的沉降要求;管棚变形分4个明显的分段特征,地道桥结构左侧刚度小,右侧刚度大,管棚表现为明显的空间扭曲状态。为更好地控制地表位移,左侧管棚间距可适当加密,右侧管棚可适当稀疏,顶进结束后,应及时对地道顶部进行注浆处理,从而减少路面的总沉降量。研究结果可以为管棚超前支护下桥式盾构顶进施工提供参考借鉴。

软弱地层顶管法施工扰动分析及变形控制方法

顶管法施工不可避免对土层产生扰动,为明确顶管法施工引起的地层失稳以及地表沉降变形,以昆明市5号线弥勒寺站顶管工程为背景,通过FLAC^(3D)分析顶管法施工的变形和力学特性,探究顶管法施工过程对土层的扰动机理,进而提出相应的沉降控制措施。结果表明:顶管法施工对地层扰动引起土体的刚度减弱,对地层的影响范围为顶进面Y轴方向-5 m~5 m。针对地层的特性、以及顶管法施工的扰动机制,通过合理的注浆措施对土层刚度进行强化。控制顶管法施工全阶段可能造成的土层敏感变形值,同时,通过注浆加固能够有效降低顶管法施工过程的侧摩阻力,进而控制施工引起的地层扰动变形。顶管法顶进施工产生的正向顶进力和地层损伤的叠加作用是导致地层变形的主要因素。

流固耦合作用下矩形顶管施工地层稳定性研究

为研究基于流固耦合原理的顶管施工对地层稳定性的影响,以合肥市某在建顶管隧道为背景,结合顶管施工中的监测资料,采用Midas GTS NX软件建立顶管施工三维数值模型,在流固耦合作用下分析不同工况顶管隧道周围的渗流场及位移场的变化规律。结果表明,随着顶管隧道的开挖,隧道周围的孔隙水压力显著减小,受开挖扰动影响地表沉降值不断叠加,在隧道轴线上方的位置达到最大值,由于地下水渗流影响地表沉降加剧,初始水位距地表高度增大地表最大沉降值减小。研究结果可为类似施工提供理论参考,以确保施工安全。

浅埋地铁隧道上方大范围基坑开挖风险控制研究

城市建设过程中,地铁的快速发展对城市地块开发和地下空间利用产生一定限制,特别是当新建工程不可避免地与既有运营地铁线路交叉或临近时,会极大增加工程建设的复杂性和风险性。基于此,文章对浅埋地铁隧道上方大范围基坑开挖的风险及控制措施展开研究。由于管幕顶进施工方法具有施工便捷、扰动效应小和适应狭小空间作业的特点,管幕抗浮体系可用于控制浅埋地铁隧道上方基坑开挖卸载后结构上浮,从而保护运营地铁安全。文章通过有限元数值模拟法对MJS工法和管幕法的结合应用进行分析,研究表明管幕抗浮体系可以减弱上跨工程对下方隧道的扰动影响。相关研究成果可为类似工程施工风险控制提供参考和借鉴。

某地铁站出入口顶推箱涵施工对公路及地下管网的影响分析

以某拟建地铁站出入口顶推箱涵下穿既有公路工程为研究背景,基于Midas GTS NX有限元分析软件开展数值模拟分析。综合考虑地质条件、施工阶段、公路及地下管网运营荷载等因素,模拟基坑开挖及顶推箱涵施工全过程,对穿越路段的路基沉降和地下管网位移的影响等进行分析,并提出相应的施工措施建议,确保施工质量及公路运营安全。

顶管穿越大堤引起的土体沉降变形及稳定性研究

为研究顶管穿越大堤引起的土体沉降变形及稳定性变化规律,依托南京高淳渔歌-古柏π入淳西变220 kV电缆工程顶管项目,通过对比魏纲修正公式计算值、现场监测数据和MIDAS-GTS模拟结果,分析了横纵向地表及不同深度地层的沉降变形方式.结合瑞典条分法推导了大堤在天然工况、顶进未支护及推管注浆三个施工阶段的安全系数计算公式,与数值分析得到的模拟值进行对比,并分析其变化规律.研究表明:顶管施工过程中,距轴线约10倍洞宽范围内的横向地表均受不同程度影响,顶管轴线纵向地表呈现出逐渐隆起、匀速沉降、反复回弹沉降和沉降稳定的变形趋势.在地层隆起阶段,隆起量随埋深增大,深地层隆起时间较长;在地层沉降阶段,各地层沉降速率和沉降量随埋深增大,沉降速率约3.0~7.0 mm/d.条分法与数值模拟得到的大堤安全系数较为相近,它在开挖阶段有所降低,推管注浆后明显回升,其变化幅度随顶程增加而逐渐减小,隧道贯穿完成注浆后大幅度回升至略小于天然工况下初始值.

A 3D sliced-soil-beam model for settlement prediction of tunnelling using the pipe roofing method in soft ground

The pipe roofing method is widely used in tunnel construction because it can realize a flexible section shape and a large section area of the tunnel,especially under good ground conditions.However,the pipe roofing method has rarely been applied in soft ground,where the prediction and control of the ground settlement play important roles.This study proposes a sliced-soil-beam(SSB)model to predict the settlement of ground due to tunnelling using the pipe roofing method in soft ground.The model comprises a sliced-soil module based on the virtual work principle and a beam module based on structural mechanics.As part of this work,the Peck formula was modified for a square-section tunnel and adopted to construct a deformation mechanism of soft ground.The pipe roofing system was simplified to a threedimensional Winkler beam to consider the interaction between the soil and pipe roofing.The model was verified in a case study conducted in Shanghai,China,in which it provided the efficient and accurate prediction of settlement.Finally,the parameters affecting the ground settlement were analyzed.It was clarified that the stiffness of the excavated soil and the steel support are the key factors in reducing ground settlement.

隧道下穿既有桥墩矿山法施工变形控制研究

地铁隧道下穿既有桥梁基础时,围岩变形会导致上部桥墩柱的沉降和侧移,预通过比较衬砌支护、小导管注浆、超前管棚支护对围岩及上部结构的变形控制效果。以某市地铁隧道下穿立交桥墩柱为研究对象,采用数值模拟计算的方法,对比分析了普通衬砌支护、超前小导管注浆、单一施作管棚支护以及超前小导管注浆+管棚支护的4种工况下,下穿桥墩桩基开挖引起的隧道拱顶沉降和桩基沉降。结果表明,小导管注浆+管棚超前支护工况隧道的围岩变形以及上部基础的沉降均满足规范要求,且相对仅衬砌支护工况隧道的拱顶变形量减少了30.1%、上部桩体沉降减少了24.78%;说明小导管+管棚支护能够有效控制上部围岩变形,确保了上部结构的安全运营,所选开挖支护方案满足安全性、适用性和耐久性的要求。

阶梯沉降条件下埋地钢管的力学响应规律

埋地管道周边地质沉降是威胁管道安全稳定运行的主要地质灾害之一。为了研究沉降灾害下埋地钢管的力学响应特征,通过自主搭建的埋地管道实验箱,开展了3组不同埋深的埋地钢管阶梯沉降实验,研究了不同埋深、沉降范围和沉降量下的土体变形和管道力学响应规律,并通过数值模拟研究了不同沉降模式下的管土相互作用差异。研究结果表明:①对于浅埋的埋地钢管沉降地质灾害,地表观测手段可简单直接地推断沉降灾害的发展程度,而对于大埋深的埋地钢管沉降地质灾害,建议埋地钢管附近布设土体竖向位移监测;②在沉降初始阶段,沉降范围和沉降量增加导致的管道力学响应增幅明显,但是随着沉降范围和沉降量的增加,管道的力学响应增幅将不断降低;③随着阶梯沉降下管道埋深的增加,大沉降量下的管道纵向应变增幅相较于浅埋管道将显著增大;④土体整体沉降相对阶梯沉降的埋地管道力学响应更剧烈,建议尽可能控制沉降区土体分区域沉降以降低管道的力学响应,确保管道安全。结论认为,实验成果丰富并完善了沉降灾害下埋地钢管力学分析领域的认识,有助于进一步完善现有的沉降灾害下埋地管道安全评估体系,对保障管道安全稳定运行具有重要意义。

黄土地层新管幕法结构参数对地表沉降影响研究

为探索黄土地区地铁施工中新管幕法不同结构参数对地表沉降的影响规律,基于ABAQUS有限元软件,对不同管幕间距、不同管径工况及钢管顶进顺序进行正交数值模拟分析。结果表明:采用管幕间切割焊接浇筑混凝土板的管幕预筑法能够更好地减小地面沉降;拱形管幕支护结构相较于矩形结构可产生更小的地面沉降;矩形结构在管径从1600 mm增大到1900 mm再到2200 mm,地面沉降量分别减小5.84%和8.22%,而拱形结构是3.43%和6.48%;在管间距从150 mm增大到250 mm再到350 mm时,矩形结构的地面沉降量分别增大8.34%和7.16%,拱形结构为5.94%及5.25%。通过讨论不同结构形式对地面变形的影响,以期为工程应用提供参考。

空间曲线顶管施工引起地表沉降的数值分析

为避开地下障碍物,顶管隧道被迫设计为曲线.无超挖刀的曲线顶管施工对土体产生的扰动的机理较直线顶管更为复杂,其沉降规律尚未明确.为此,以宁波市潘桥电力隧道工程为研究对象,采用数值模拟的方法,对顶管在空间曲线段施工产生的沉降规律进行分析.结果表明:无超挖刀参与的曲线顶管施工,产生的地表横向沉降最大值偏移至曲线外侧;对土体纵向变形扰动影响最大的区域为距离顶管机2.5倍洞径内.

连拱隧道下穿既有高速公路管幕法施工技术研究

新建隧道下穿城市既有道路,当埋深较浅时,上部道路很容易因沉降过大而导致路面结构开裂,甚至破坏等问题,因此研究隧道的施工技术是非常必要的。以西安市开元路至建元路下穿通道项目为依托,在连拱隧道施工过程中采用有限元软件模拟管幕法支护对隧道结构、围岩稳定性及上部道路路面沉降的影响。主要结论如下:(1)新建连拱隧道围岩竖向最大位移为7.4 mm,满足规范要求,隧道结构安全可靠;(2)采用管幕法施工时,路面沉降最大值仅为4.39 mm,说明管幕法开挖连拱隧道下穿既有城市道路是可行的;(3)采用管幕法施工隧道二衬最小安全系数为2.05,大于规范最小安全系数,衬砌结构安全可靠。综上可见,采用管幕法作为超前支护措施,连拱隧道下穿既有城市道路对上部路面影响较小,施工安全风险较低。

暗挖地铁隧道下穿输水管廊结构变形分析

依托北京地铁14号线郭庄子站—大井站区间暗挖段下穿南水北调管廊工程,建立了隧道-围岩相互作用分析模型,对管廊变形进行施工全过程分析。研究结果表明:该工程选择两台阶三步法,进尺0.5 m,预留核心土距掌子面2 m,上下台阶间距5 m,左右线掌子面间距25 m,辅助袖阀管注浆方案较为合理。经过径向注浆加固,管廊最终沉降量明显减小,差异沉降及倾斜度均满足设计要求。两台阶三步法施工过程中,上下台阶开挖所引起的管廊变形量占管廊总变形量的93%,说明在开挖阶段采取注浆加固或者及时封闭成环能够有效抑制管廊变形。

浅埋管幕施工及其受弯引起地表沉降预测方法

针对管幕箱涵暗挖工法在城市下穿工程中引起的地表沉降控制问题,本文依托南昌某地下通道建设工程,基于随机介质理论和弹性薄板模型纳维解,提出了一种预测浅埋管幕支护下箱涵顶进施工中地面沉降的计算方法,并结合现场监测数据和数值模型对该计算方法进行了验证,此计算方法可以使施工人员提前对下穿工程引起的地表沉降值做出预判。结果表明:(1)该方法对地表沉降最终值得预测结果较好,与现场实测数据误差不大于10%;(2)由土体损失引起的地表沉降值较小,最大值为0.52 mm,主要控制纵排管幕上方的地表沉降;(3)由管幕变形引起的地表沉降值较大,最大值为1.70 mm,主要控制通道上方的地表沉降。