黄土盾构下穿不同地下非连续管线的模型试验

针对城市盾构隧道施工下穿既有输气管线引起管线沉降与受力问题,以河南省某在建高速公路为工程背景,进行室内模型试验和有限元数值模拟.考虑不同非连续管线接头间距、接头刚度和管隧间距的影响,探讨管隧正交工况下,隧道开挖对非连续管线沉降、弯矩及管土接触应力的影响.研究结果表明:黄土盾构正交下穿管线存在沉降集中区,在该区范围内,管线接头与管段相对刚度比的大小对管线平均沉降增长速率影响较大,相对刚度比由1.30减小至0.21,非连续管线平均沉降增长速率增大1.5倍;相对刚度比相对大小对非连续管线沉降和弯矩起到决定性作用;通过定义非连续管线综合刚度比,揭示不同综合刚度比下非连续管线最大沉降变化规律和管线最大正负弯矩相对变化规律,其中综合刚度比与管线最大沉降服从3次多项式拟合函数,管线的最大正弯矩值随着最大负弯矩值的改变服从4次多项式拟合函数;管线的管土接触应力变化均呈现“双峰型”变化,管土接触峰值应力随着接头间距的增大而增大;数值模拟表明,管线最大沉降随着管隧间距增大而呈现折线型减小,该转折点出现在管隧间距与隧道开挖直径比为1处.

高压富水硬岩地层双护盾TBM前置式超前注浆堵水技术研究

晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超前注浆控制难度大等问题,难以形成有效的止水帷幕结构。对隧洞水文地质条件、突涌水情况及超前注浆技术进行系统研究分析,提出双护盾TBM前置式超前注浆堵水工艺,通过优化注浆设备,在掌子面处实施超前注浆堵水。开展现场注浆试验,对坚硬岩面钻孔施工、注浆材料、注浆参数控制及注浆段长优化等技术进行研究,并根据现场试验信息,不断优化注浆设备及工艺。通过对晋中引黄输水隧洞实施前置式超前注浆堵水技术,洞内平均出水量降至3 702m~3/d,降幅达75.9%,同时在一定程度上提高了TBM施工效率。实践证明该技术方法有效。

中心城区城市综合管廊与地铁合建型式研究

[目的]中心城区地下综合管廊受地面实施条件与地下空间限制,可实施性差。对此,提出将综合管廊与地铁合建,实现同步规划、同步设计和同步实施,并探究综合管廊与地铁合建的不同型式。[方法]对管廊与地铁结合建设的必要性与建设原则进行研究。针对城市综合管廊与地铁合建型式进行分析。以广州中心城区地下综合管廊工程与广州地铁11号线合建项目为例,从用地节约、施工难度、协调要求等方面,分析不同结合型式的特点及适用情况。在结合各典型案例的具体情况讨论合建型式的适用性。[结果及结论]管廊与地铁相结合,同步规划、同步设计和同步实施,可以减少土地资源的占用,合理利用地下空间资源。共建共构是管廊与地铁结合建设宜优先采用的结合型式,可以大幅节省造价,最大程度地发挥合建的优点。管廊(井)与地铁主体和附属结构的结合方案的最终确定需因地制宜,结合现场实际情况综合确定。

综合管廊地基加固与远期盾构隧道修建的相互影响分析

随着地铁盾构隧道、城市隧道、城市地下综合管廊等的大量修建,新建隧道下穿/上跨既有隧道及其相互影响已成为隧道工程重点研究的内容之一。对于既有隧道,以往的研究主要集中在城市隧道或盾构隧道。城市地下综合管廊具有埋深浅、宽度小、壁厚薄的特点。因此,当其被双线盾构隧道下穿时,既有隧道结构的内力、地表沉降等也必然不同。基于汾湖站(苏州南站)综合管廊工程,采用MIDAS GTS NX软件建立了三维有限元模型,分析了管廊地基加固对远期地铁盾构隧道修建的影响及其相互作用,以地基加固长度和上下隧道净距作为变量,考虑了盾构机的掘进压、千斤顶推力和管片间的界面。研究结果表明:对于该工程项目,若远期盾构隧道下穿综合管廊,管廊地基加固对管片的内力无明显影响;当双线盾构隧道下穿后,较短长度的地基加固会增大既有管廊的轴力(拉力);对于初始阶段地表沉降,地基加固均增大了X向(垂直管廊方向)、Y向(平行管廊方向)的沉降值,但显著减小了盾构隧道下穿后地表的隆起值。

建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收关键技术研究

建筑物下方常规矿山法地铁隧道盾构接收无地面注浆加固及井点降水条件,为避免地表及建筑物变形过大且确保盾构接收无水条件,提出超前大管棚+两道端头墙+洞内回填砂浆+洞内潜埋井降水的盾构接收方案。以成都地铁5号线科园站—九兴大道站区间建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收工程为背景,运用有限元方法分析研究建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收地表及建筑物的沉降变形规律,并辅以现场实测手段验证。研究结果表明:基于洞内回填砂浆体及潜埋井降水的盾构接收方案地表沉降极值为3.81 mm,小于地表沉降控制值,且距矿山法隧道端头墙约35 m范围盾构掘进对地表沉降影响显著,施工期间应加强监控量测;盾构接收段正上方建筑物沉降极值为8.52 mm,亦小于建筑物沉降控制值,地表及建筑物沉降极值均位于盾构隧道轴线正上方,且现场实测值与计算值基本吻合,该洞内盾构接收技术方案合理可行且安全可靠。

盾构机穿越地下连续墙引起既有车站振动的实测与分析

为探明盾构机穿越既有车站地下连续墙诱发的车站结构振动响应规律,通过现场实测的方法,监测盾构刀盘切削地连墙过程中引起的振动,并对振动影响进行评价。研究结果表明,停机状态下,背景振动的主频为30.8 Hz,磨墙过程中,刀盘产生振动主频为89.3 Hz,相比于背景振动,磨墙产生的振动加速度峰值和有效值至少增加一个数量级;振动波传递至车站显著衰减,加速度峰值最大衰减率能达到近98.35%;除了31.5 Hz,车站测点各频段的最大振级均小于规范控制值;盾构穿墙引起车站结构振动速度为1.3 mm/s,小于国内外规范给定的标准值。

基于Kerr地基模型盾构隧道施工对既有管线变形影响的简化算法

盾构隧道开挖会导致附近既有管线变形,为了提高该变形的理论计算精度,论文引入三参数Kerr地基模型,将管线视为Euler-Bernoulli无限长梁,采用两阶段位移法建立管线竖向变形平衡微分方程,利用有限差分法得到了管线变形微分方程的数值解;将3种不同地基模型简化算法得到的计算结果和现场实测数据进行对比,验证了Kerr地基模型的有效性和合理性。管线参数分析表明:随着管线埋深和地层损失率的提高均会增大管线最大沉降量,但影响范围逐渐缩小;管-隧夹角减小对管线最大沉降量影响较小,而对管线变形形态影响较大。

超长电力隧道被遮挡固壁间接吸热效果分析

为量化隧道被遮挡固壁间接吸热的效果,采用数值模拟的方法,研究超长隧道与土壤内部温度分布特征。结果表明,被遮挡固壁内部会形成明显的切向温度梯度,通过切向传热间接吸收隧道内空气中的热量,相当于将吸热面积增大15%~30%。为将间接吸热效应纳入隧道固壁吸热量的计算中,引入遮挡修正系数,并根据数值结果给出遮挡修正系数与隧道长度间的关联式,以便于工程实际中的应用。

基于有障碍物复杂地层条件下盾构隧道接收井端头加固方式研究

盾构隧道接收井端头加固是盾构隧道建造过程中的重要环节。以温州市域铁路S2线瓯江北口隧道江北接收井端头加固为背景,考虑端头加固范围内地层复杂且分布有障碍物,在原有端头加固方案基础上对三轴搅拌桩弱加固+旋喷强加固+接缝旋喷及冻结方案和高压旋喷桩+接缝旋喷桩方案进行对比优选。结果表明:在有障碍物复杂地层条件下,三轴搅拌桩+旋喷桩+冻结的加固方案技术上不满足施工需求。提出的两种端头加固方案适用于有障碍物复杂地层条件,方案二比方案一在技术上可行,经济上合理,加固效果良好,可作为江北接收井端头加固方案。

复杂环境下暗挖横通道内盾构机到达施工风险及对策

在地铁盾构施工中,利用暗挖横通道接收盾构机的工程越来越普遍。暗挖横通道所在位置地层风险和周边环境风险通常较大、暗挖横通有效净空通常受限、暗挖横通道盾构接收洞口围护结构刚度较差,因此在暗挖横通道内接收盾构机的施工风险较常规地面井接收盾构机风险更大。凿除洞门和接收盾构机时易发生洞门涌水、涌砂、塌方等事故。基于上述问题和风险,需对盾构机暗挖横通道到达施工风险进行详细分析并提出安全、高效对策。结合工程实例,对复杂环境下暗挖横通道内盾构机到达施工风险进行了分析并提出对策,可为类似工程施工提供借鉴。

富水砂层既有运营车站地下障碍物的冻结法清障方案力学分析及工程应用

为解决在富水砂层条件下新建盾构隧道如何下穿既有运营车站地下障碍物的问题,依托武汉地铁12号线区间下穿某既有运营车站,提出清障井明挖提供作业面、清障井内纵向冻结人工开挖破除地下障碍物、素混凝土回填后盾构掘进的方案。首先,参考行业内标准及相似案例,给出既有运营车站相应的允许变形控制指标;其次,采用有限元数值分析方法对冻结开挖、清障井开挖、盾构掘进各个工序进行力学分析,提出各个工序的设计和施工关键技术要点;最后,通过现场实测变形数据分析可知,既有车站底板变形在有限元计算值范围内。该方案在保障既有运营车站变形可控的同时,能克服富水砂层条件下地下障碍物人工破除时存在的涌水、坍塌问题,提升了新建隧道下穿地下结构障碍物的安全性。

复杂环境地下深埋管道非开挖拔除技术研究

通过对突发阻碍盾构掘进的地下深埋大直径长距离废弃燃气钢管清除技术进行研究,采用管周套环全长洗切减阻和管端拖拔同步置换等技术,在复杂施工环境中,整体拔除严重影响盾构掘进的埋深22 m、长600 m废弃DN600高压燃气钢管,并确保地面环境沉降和地下邻近运营DN800高压燃气管、DN350燃油管等重要建构筑物均安全可控。该技术推广应用于另一邻近工程地下深埋废弃DN300燃气钢管的拔除,应用效果良好,对类似工程建设过程中地下管道障碍处理和管道迁改敷设等,具有重要借鉴价值和参考意义。

地铁盾构隧道引起邻近燃气管线变形规律研究

为探究地铁盾构隧道引起邻近燃气管线变形规律,以济南某城市交通区间盾构隧道为工程背景,分析管线沉降变形的5个阶段以及盾构施工引起管线沉降的主要因素,并基于Peck经验公式对盾构施工引起燃气管道周边地层移动情况进行理论计算,预测管道本身变形与三维有限元数值模型结果结合,共同揭示地铁盾构隧道引起邻近燃气管线变形规律。研究表明:盾构施工对燃气管线的影响因素主要为盾构掌子面平衡压力和盾尾注浆压力;引用Peck经验公式对盾构施工引起燃气管道周边地层移动情况理论计算结果为2.5~10.2mm,可预测管线变形较小;在掌子面平衡压力150kPa、注浆压力300kPa情况下,发现燃气管道最大竖向沉降值出现在盾构工作面推过后13.5m位置。

多结构物下穿上跨同一既有地铁盾构隧道变形控制研究——以深圳市岗厦北综合交通枢纽工程为例

为解决既有地铁盾构隧道的上下层次先后进行工程建设带来的反复扰动变形大、结构开裂渗漏等一系列问题,指导设计合理的变形控制方案,以深圳市岗厦北综合交通枢纽工程为依托,下层次的暗挖电缆隧道十字交叉近接下穿采用预加固、辅助工程措施、开挖支护关键技术,上层次的地下商业空间平行上跨采用数值模拟不同降水深度、纵向分段跳舱长度、基底加固方案,并通过信息化监测探究上下层次进行工程建设对近接既有地铁盾构隧道的变形影响规律。研究结果表明:1)暗挖电缆隧道20 m范围内受扰动影响较大,可采用长度大于20 m的管棚预加固措施控制变形值。2)提高暗挖电缆隧道拱架的刚度和增加锁脚锚杆数量是降低既有地铁隧道变形的有效措施。3)预加固注浆压力宜控制在0.5 MPa,既有盾构隧道上浮在+2 mm范围内。4)上层次的地下商业空间平行上跨施工开挖至接近既有地铁盾构,大面积卸载在时空效应下会引发上浮变形突变,应缩短结构分段长度及暴露时间。5)降水施工应采取逐级降水达到既有地铁盾构隧道底部的深度,可合理平衡降水引起的土体固结沉降与土方开挖引起的隧道上浮。6)暗挖电缆隧道下穿扰动影响的30 m范围内,地下商业空间平行上跨施工对既有地铁盾构隧道产生的实际变形较数值模拟变形显著,且随着扰动距离增大对既有结构变形影响程度减小。

盾构隧道近接在建暗挖隧道施工变形监测分析

文章以兰州地铁2号线盾构隧道近接在建暗挖隧道施工为背景,结合地表沉降、附近建筑物沉降和地下管线沉降监测数据,对富水强风化粉砂岩和砂卵石复合地层下盾构隧道近接暗挖隧道施工变形进行了分析。结果表明:监测断面处靠近盾构隧道侧变形较大,远离侧变形较小;建筑物靠近路线外侧沉降平均值更大,为8 mm;靠近线路内侧沉降平均值较小,为3 mm;地下管线靠近盾构隧道侧沉降值最大为26mm,远离盾构隧道侧最大沉降值为10 mm。建筑物沉降值和地下管线沉降值均远小于地表沉降值,表明建筑物和地下管线均可抵消部分地层变形影响。监测数据均在设计要求之内,表明暗挖区域洞内深孔WSS注浆、盾构管片增加环向支撑等加固措施可以有效提高隧道和地层的稳定性。

地震荷载作用下地铁盾构隧道动力响应分析

动力荷载作用下的土与地下结构的相互作用是工程研究的一个热点。基于动力学基本方程,运用有限单元法和振型迭加法,对位于黄土地区的盾构地铁隧道在El Centro地震波动力荷载作用下的动力反应进行弹塑性数值分析。从计算结果分析得出在El Centro地震波作为动力激励时地铁盾构隧道的动力反应特征。分析得出盾构隧道在地震波作用下拱底所产生的加速度最大,且这一部位的动应力最大。同时隧道结构内侧的累积变形大于其外侧所对应各点的累积变形,且最大变形出现在隧道结构的侧墙部位。

地铁工程双线盾构平行推进的相互作用

基于半解析数值方法思想，运用时变力学、粘弹性理论对地铁汉城盾构隧道的施工问题提出半解析位和函数的构造方法，给出平行隧道盾构推进的数值模拟过程，旨在为地下隧过工程及其周口环境的安全和快速施工提供科学的理论依据.

盾构隧道下穿地下建筑物时的地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿地下建筑物时的地表沉降特征和地层沉降规律,对沈阳地铁1号线某区间盾构隧道下穿地下结构引起的地层沉降进行了理论分析、数值模拟和工程监测。结果表明:盾构机从不同方向接近地下框架结构端墙的下方时,端墙下方土体出现较大的位移,因此端墙下方土体需加固;盾构机在独立基础下方掘进时,提高同步注浆压力和增加注浆量对减小地表沉降的作用不明显;地下框架结构对土层的约束作用使盾构隧道施工引起的地表最大沉降值减小,沉降槽宽度系数增大,曲线更平缓;忽略地下框架结构刚度的地表沉降数值分析结果与地表位移监测数据接近,可用于指导工程实践。

盾构开挖对地下管线影响的数值模拟分析

利用FLAC3D模拟了盾构隧道开挖对管线的影响。模拟过程中考虑了隧道应力逐步释放,然后逐步施作衬砌,并考虑盾构机的推进力。充分考虑了盾构开挖对不同管径,不同埋深的地下管线位移的影响。模拟了双圆隧道施工对地下管线的影响,对比了单孔盾构开挖于双圆盾构开挖对管线作用的机理的不同。分析了两种双隧道开挖对地下管线的影响。结果表明,管线与隧道相对位置以及管线自身的刚度、管径等不同,将对其变形产生较明显的影响,得出的规律为今后类似工程施工提供依据。

盾构隧道施工对邻近地下管线影响分析

采用弹性地基梁理论及管线—土—盾构相互耦合的FLAC3D数值方法,结合实测结果,分析深圳地铁益田站至香蜜湖站区间盾构隧道施工对3 m直径电缆管线的影响。分析表明:盾构隧道左线施工后,管线变形符合Gauss分布,右线施工后变形不再符合Gauss分布,主要变形段内的变形增大很多,最大变形点位置也发生改变;右线施工后,管线的纵向受力得到改善;管线及地表变形不超过规定值,最大应力不超过容许应力,说明该段隧道施工没有影响电缆管线的运行安全。与实测结果的比较表明:弹性地基梁法可用于估算管线的最大变形,FLAC3D数值方法可较准确模拟盾构隧道对管线的影响。