地铁盾构隧道施工引起的地表变形特征研究

结合郑州地铁1号线西三环站至秦岭路站地铁区间隧道盾构施工的实际,通过现场监测和数值模拟计算对盾构隧道施工引起的地表变形特征进行了研究。主要研究了地表横向变形和纵向变形规律,从而确定了盾构隧道掘进对横向变形的影响范围,并结合郑州区域性粉土地层的特点,运用有限差分软件FLAC3D建立了地铁盾构施工的三维有限差分模型,对盾构施工引起地表变形发展过程进行了数值模拟计算,从而得出了一些有意义的结论。该研究对确保地铁隧道施工的安全具有重要的意义。     

地铁盾构隧道下穿铁路箱涵桥变形响应研究

随着城市轨道交通网络的进一步发展,大量的地铁盾构隧道临近甚至紧贴铁路箱涵桥建设。本文以北京地铁某典型区间隧道下穿铁路箱涵桥工程为例,应用数值模拟的方法,对盾构隧道下穿铁路箱涵桥的变形响应进行了研究,着重分析了注浆加固效果及沉降缝两侧的变形机理。研究结果表明:(1)盾构隧道下穿铁路箱涵桥过程中,沉降监测点产生影响的纵向水平区间约为监测点前3D(D为盾构隧道直径)至监测点后3D;(2)盾构隧道下穿铁路箱涵桥过程中,沉降缝两侧箱涵会出现较大差异沉降,易对桥体上方列车的运营安全造成影响;(3)盾构隧道穿越铁路箱涵桥前,对盾构隧道拱顶进行注浆预加固,可在一定程度上控制桥体沉降及沉降缝两侧差异沉降。     

基于突变级数法的地铁盾构施工安全风险评价

为使地铁盾构施工安全风险评价更科学、合理,在实践的基础上,首先将地铁盾构施工风险划分为工程本体风险、周边环境风险、施工人员作业安全风险、自然风险4大类;然后结合实际工程的特性,采用德尔菲法进行风险结构分解,并对风险部位与风险因素进行耦合分析,构建出地铁盾构施工安全风险评价指标体系;最后以南昌地铁4号线礼庄山站—西站南广场站区间盾构施工为例,将突变级数法应用于该地铁盾构施工安全风险等级评价。结果表明:该项目的工程本体风险、周边环境风险、自然风险为一般风险等级,施工人员作业安全风险为可接受风险等级,并梳理出该项目的主要风险因素。项目实施及监测数据结果表明,该评价方法有效可信,在地铁盾构施工安全风险评价中具有适用性。     

地铁盾构渣土资源化碳排放强度与减碳潜力研究

盾构渣土资源化利用是地铁建设领域响应国家“双碳”战略的重要举措。为科学量化地铁盾构渣土利用与处置的碳排放强度及减碳潜力，基于LCA方法构建了地铁盾构渣土利用与处置碳排放评价方法，以深圳地铁13号线某隧道区间为例，梳理了盾构渣土资源化利用工艺和系统，厘清了渣土现场资源化利用的管理路径，量化了渣土利用与处置的碳排放强度及减碳潜力。结果表明：案例中渣土资源化利用减碳总量约为4243.13 t CO₂e;制备1 m³再生免烧砖可带来239.26 kg CO₂e减碳效益，填埋1 m³渣土约产生89.42 kg CO₂e。未来深圳地铁建设若均采用案例提供的盾构渣土高效资源化利用方式，预计到2035年可累计实现约77万t CO₂e的减排效益。该研究结果可为政府部门科学制定地铁盾构渣土管理政策，推广地铁盾构渣土资源化利用提供理论方法及参考数据。     

新建隧道近接上穿对既有盾构隧道纵向变形的影响

新建隧道近接上穿将诱发下卧盾构隧道隆起变形,预测既有盾构隧道位移发展对近接上穿施工控制和既有盾构隧道保护具有重要意义。基于两阶段法,提出新建隧道近接上穿引发既有盾构隧道纵向位移解析解;通过可考虑环间接头弱化的非连续盾构隧道模型模拟既有盾构隧道,采用Riftin地基考虑盾构隧道-土层相互作用,同时通过Mindlin经典解得到新建隧道开挖卸载应力,并作用于既有盾构隧道之上,建立新建隧道上穿作用下既有盾构隧道纵向变形解答;通过将杭州圆形顶管隧道上穿既有地铁1号线、上海地铁8号线隧道上穿既有地铁2号线两个工程案例实测值与本文方法和常用Euler-Bernoulli(EB)等效连续梁模型计算结果进行对比,验证本文方法的合理性。研究结果表明：本文方法和EB连续梁模型预测的隧道纵向位移均接近实测值;本文方法预测的隧道弯矩和接头张开量均大于EB连续梁模型;但EB等效连续梁模型预测的纵向位移曲线整体呈现为光滑连续,而本文方法预测的位移曲线是由一系列短直线连接而成,在接头处存在“尖点”。     

基坑开挖影响下下卧盾构隧道变形及控制措施研究

近年来地铁建设不断加快,在地铁隧道上方施工已成常态。为研究基坑开挖影响下下卧盾构隧道的隆起变形,评价不同变形控制措施的实际控制效果,以武汉市轨道交通6号线琴台变电站地下电缆通道工程为例,采用两阶段法计算了基坑开挖影响下下卧盾构隧道的隆起变形,同时采用数值模拟方法对无加固、压力注浆加固、水泥土搅拌桩加固和压力注浆+水泥土搅拌桩综合加固控制措施4种工况下下卧隧道的隆起变形值进行了数值模拟计算,并将数值模拟结果与实际工程监测数据进行了对比分析。结果表明:对于初步预测基坑开挖引起下卧盾构隧道的隆起变形,该理论计算方法可靠、实用;压力注浆+水泥土搅拌桩综合加固控制措施使下卧盾构隧道的隆起变形和横断面收敛变形值分别减小至2.3 mm和0.35 mm,控制效果良好,具有一定的实际推广意义,可为类似工程提供参考。     

地铁盾构隧道下穿南水北调干渠的沉降控制研究

通过对地铁盾构隧道下穿南水北调干渠时沉降现场监测数据和数值模拟结果的分析,对干渠结构、干渠上部倒虹吸结构和地表的沉降控制进行了研究。结果表明:(1)盾构隧道下穿南水北调干渠时,干渠结构最大沉降发生在干渠底部。在盾构隧道与干渠渠底净距为2.5D(D为盾构隧道外径)并采用克泥效工法时,干渠结构的最大沉降量为11.26 mm,未采用克泥效工法时,干渠结构的最大沉降量为14.52 mm,说明采用克泥效工法能够有效减少干渠结构的沉降量,减少幅度为22%,同时也能够有效降低地表和倒虹吸结构的沉降量;(2)随着盾构隧道与干渠的距离越来越接近,干渠底部、地表和倒虹吸结构的沉降量逐渐增大,且随着盾构隧道与干渠渠底净距的减少,其沉降量的增大幅度逐渐提高;(3)采用克泥效工法时,盾构隧道与干渠的净距不少于2.0D时,能够保证干渠底部的沉降量不大于15 mm。该研究结果可为类似工程提供参考。     

武汉地铁越江隧道施工风险分析与控制

本文基于武汉市地铁二号线越江隧道工程周边地质环境条件和工程特点,采用灾害风险评估矩阵法(R=P×C)结合专家调查法对该隧道盾构掘进段施工可能存在的风险进行了分析和评价,评定出盾构进出洞、开挖面失稳等6个风险因素的风险等级以及对工程安全的影响程度,并根据评估结果提出了相应的风险对策和风险控制措施,以降低和控制盾构掘进段的施工风险。该研究可为类似工程提供借鉴及参考。     

小径距浅埋隧道塌方成因事故树分析

结合隧道塌方机理,利用事故树分析法分析小径距浅埋暗挖隧道塌方事故的成因。先利用事故树分析法,针对造成塌方事故的所有影响因素,绘制小径距浅埋隧道塌方事故树分析图。然后通过对各影响因素结构重要度大小的比较,得出造成小径距浅埋隧道塌方事故的关键因素为施工过程中管理人员与施工人员的人为因素。     

武汉岩溶区复合地层小型盾构施工引起的地表变形规律研究

小型盾构施工法是目前电力隧道施工的主要工法,在施工过程中不可避免地会引起地面沉降,影响附近建筑物的正常使用。为揭示武汉岩溶地区复合地层小型盾构施工引起的地表变形规律,在对现场勘察资料和地表变形监测数据进行统计分析的基础上,采用数值模拟的方法对不同组合复合地层、不同溶洞直径和不同溶洞埋深时的地表变形规律进行了数值模拟计算与分析。结果表明:岩层表面距隧道底板深度Z、溶洞距隧道底板高度H、隧道底板下溶洞直径D等对地表变形均有重要的影响;随着Z和D值的增加,地面沉降量最大值增加,随着H值的增加,地面沉降量最大值减小。在岩溶区复合地层开展小型盾构施工时,上软下硬的地层分布会产生应力集中现象,将会增大地表竖向变形。本研究为控制岩溶区复合地层小型盾构施工地表变形提供依据。     

基坑开挖及降水对周边地铁隧道变形的影响分析

为研究基坑开挖及降水对既有地铁隧道变形的影响。基于深圳前海某基坑项目,考虑基坑开挖及降水情况,结合修正的摩尔-库伦本构模型,利用MIDAS GTS NX软件建立基坑三维有限元模型和二维有限元模型,分析了基坑开挖及是否考虑降水对基坑支护结构变形的影响并与现场基坑支护结构的监测结果进行了对比,并分析了基坑开挖及降水对周边地铁隧道变形的影响,以及不同初始地下水水位(降水深度)对地铁隧道变形的影响。结果表明:基坑开挖时,考虑降水会增加基坑支护结构地连墙的变形,支护墙位移增加约4 mm,不能忽略降水情况;在基坑开挖及降水条件下,周边地铁隧道水平方向的变形呈"横蛋状",隧道竖向方向的变形呈整体下降趋势;当地下水水位埋深小于0.3倍的开挖深度时,地下水渗流对基坑变形的影响显著,当初始地下水水位埋深大于0.5倍的开挖深度时,地下水水位对基坑工程的影响相对减弱。     

地铁区间隧道火灾烟气流动特性对人员疏散影响的数值模拟

基于火灾动力学理论以及隧道火灾的特点,利用FDS软件对地铁区间隧道火灾进行数值模拟,分析了B型地铁列车中部起火、并在区间隧道内就地疏散的条件下,两侧车门同时开启和一侧车门开启时对火灾烟气流动特性的影响,得出两种情况下纵向疏散平台处的能见度、温度、CO浓度随时间的变化规律,并探究两种情况下火灾烟气对人员疏散的影响。结果表明:两侧车门同时开启时,在150 s出现危险状态,而一侧车门开启时,在100 s出现危险状态,同时疏散平台处的温度、CO浓度普遍较高,能见度较低;相比之下,地铁列车发生火灾时,两侧车门开启有利于人员的安全疏散。该研究可为地铁区间隧道火灾时的人员疏散和紧急救援提供依据。     

基于郑州地铁下穿南水北调干渠的Peck公式反演分析

土压平衡盾构隧道下穿通水运行中的南水北调工程,在国内尚属首例。以郑州地铁城郊线土压平衡盾构隧道下穿南水北调中线干渠区间实测数据为依据,将Peck公式法运用于隧道下穿南水北调工程引起的地表沉降预测研究中,利用反演分析法,通过引入最大沉降量修正系数j和沉降槽宽度修正系数k,结合实测数据对Peck公式进行修正,得出适用于郑州地区相似工程的Peck公式,并根据现场实际情况,对不同埋深条件下地表沉降规律进行研究。结果表明:引入最大沉降量修正系数j和沉降槽宽度修正系数k对Peck公式进行改进后,能够获得较准确的地表沉降预测曲线,证明了Peck公式法在隧道下穿南水北调工程引起的地表沉降预测研究中的适用性;在其他条件均相同的情况下,随着隧道埋深的增加,地表最大沉降量逐渐减小,沉降槽宽度逐渐增大。     

地铁建设环境影响评估及减排效益研究:以深圳市为例

地铁大规模建设和运营消耗了大量资源能源,已逐渐成为城市交通环境影响的主要贡献源。基于生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法,以深圳市为研究区域,定量分析了地铁建设过程的资源与能源消耗强度,选取全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)为度量指标,构建了地铁建设碳排放分析框架及测算方法,并基于情景分析法预估了减排潜力。结果表明:截至2020年底,深圳已开通运营的地铁线站建设造成的碳排放量约累积达到2730万t CO₂e,其中地铁车站建设碳排放量占比约为72%,地铁隧道建设碳排放量占比约为28%。建设阶段单位里程盾构隧道碳排放强度约为1.3万t CO₂e/km,单位面积车站碳排放强度约为371 t CO₂e/100 m2。通过推广绿色建造技术,如采用再生混凝土和再生钢材,地铁建设阶段最高碳减排率可达到8.5%/a,2021—2035年累积节碳可达到508万tCO₂e,可一定程度上能缓解地铁建设的碳排放压力。     

武汉地铁2号线矿山法施工区间隧道风险分析及其控制

地铁隧道因地质条件及周边环境的复杂性、不确定性等特点,施工风险较高。本文根据武汉地铁2号线一期工程沿线遭遇的各类不良地质问题,结合工程地质及水文地质条件和周边环境特点,辨识出武汉地铁2号线一期工程矿山法施工区间隧道主要的风险事件并进行了风险分析;同时采用R=P×C的风险定级方法,定量得到各风险事件的风险等级;并根据风险评估的结果,对风险较高的事件提出了具体的风险控制措施,从而确保了工程的顺利进行。该研究可为其他类似工程提供参考。     

小型土压平衡盾构隧道掘进参数研究

盾构掘进参数是隧道盾构施工安全和地层变形的主要控制参数。小型土压平衡盾构施工技术在城市地下管廊隧道建设中的应用越来越广泛。以武汉雄楚电力隧道工程为背景,通过数学物理推导,建立了小型土压平衡盾构施工中主要掘进参数(总推力、刀盘扭矩、土仓压力、螺旋机转速、掘进速度)之间的相互关系模型,并采用小型盾构机内置的PDV数据采集系统所收集的隧道掘进过程中掘进参数的实时数据对模型进行了验证。该研究成果可为小型土压平衡盾构施工中掘进参数的选取和周围地层变形的控制提供参考。     

基于故障树和层次分析法的地铁施工风险评价——以隧道竖井基坑围护结构失稳为例

综合运用故障树中基本事件的结构重要度所反映的基本事件对顶上事件的影响程度,以及层次分析法中用于风险评价的指标层因素的权重进行分析,可一定程度上减少人的主观因素影响,提高评价结果的客观性。利用故障树和层次分析法对地铁施工中隧道竖井基坑围护结构失稳进行风险评价,可客观地反映出各个指标相对于隧道竖井基坑围护结构风险的重要性,对有重点地降低该施工风险有着积极作用,可为地铁施工风险评价提供必要的量化依据。     

粉砂地层盾构机下穿航油管和高速公路施工技术

中国城市化快速发展,城市轨道交通解决大城市拥堵问题的作用更加明显,地铁盾构施工中下穿构筑物更加常见,而下穿航油管和高速公路对地层沉降提出了更高的要求。以天津地铁4号线3合同段盾构下穿航油管及津滨高速公路为背景,通过对盾构机掘进过程的参数控制及检测,得到了盾构机掘进的参数和地层沉降变化曲线,提出了盾构掘进的相应措施,为类似地质条件下盾构机施工提供依据。     

风化花岗岩隧道矿山法施工地下水渗流特征与防水技术研究

以风化花岗岩隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟研究手段,研究了风化花岗岩隧道所处地层在矿山法施工条件下地下水的渗流规律,并通过不同防水结构下流固耦合特征的分析,探讨了不同防水结构下地下水对二次衬砌的影响,进而在考虑场区地下水环境变化的基础上,提出了合适的防水控制措施。结果表明:隧道全断面开挖时,地下水流速在仰拱上部断面支护之后达到最大,地下水流速最大值位于拱脚处,随后依次降低;隧道开挖后,地下水水位迅速下降,在仰拱支护期间达到最低点,此后缓慢恢复;地铁隧道矿山法施工防水结构大致简化为全包防水型和控制性全包防水型,隧道下部结构对防水结构型式的变化较敏感,不同防水结构下隧道断面处二次衬砌背后孔隙水压力分布有很大的差异;隧道拱顶处地下水水头越高,排水盲管的铺设对隧道下部结构孔隙水压力的折减效果越显著;全包防水结构下隧道下半部分孔隙水压力的平均值较大,控制性全包防水结构下隧道上半部分孔隙水压力的平均值较大。     

工程渣土的资源化处理处置分析

我国工程渣土产生量大、综合利用率低,成为城市发展过程中亟待解决的重要环境问题,对其资源化利用是未来的发展趋势。文章提出了工程渣土资源化处理处置模式,为其资源化处理提供系统的可行方向。结合城市建设进程和不同的盾构施工技术,选取长沙市地铁施工产生的渣土为研究对象,通过取样及污染分析,确定了工程渣土污染成分并对盾构渣土的资源化提出基本方向。另外,提出了建筑垃圾再生砂石骨料的生产流程;分析了盾构泥饼中各元素含量,探究了渣土烧制陶粒的可行性及需要的条件;提出了泥饼制砖的两种方法、泥饼再利用为种植土的方法。同时,以长沙市地铁建设产生的工程渣土为背景,预测砂石的产生量及经济价值分析,盾构泥饼资源化利用后产生的经济价值。