地铁荷载引起的盾构隧道及土层长期沉降研究

在软土地区,投入运营的地铁盾构隧道会因各种原因产生长期沉降,构成影响隧道结构和运营安全的关键问题,而地铁荷载被认为是影响隧道长期沉降的重要因素之一。基于此,以上海地铁一号线为例,采用有限差分软件FLAC3D建立土层-隧道-道床的三维模型,采用人工数定激励函数来模拟地铁列车荷载,通过编写FISH语言施加动载,在不考虑及考虑地下水影响两种工况下,分别进行动力计算及动力流-固耦合计算,最后结合经验拟合模型计算出长期沉降量,分析了列车荷载对隧道及周围软土长期沉降的影响规律。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明:盾构施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈"S"形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。     

地铁隧道暗挖施工引起刚性接口管线变形的理论分析

地铁施工造成邻近管线危害及其保护是一个重要问题。研究地铁隧道暗挖施工引起管线变形有助于在保证地铁暗挖施工的同时,确保管线的变形满足管线的正常使用,为地铁隧道的安全高效施工提供技术支撑。基于Winkler弹性地基梁理论模型,分别推导出与隧道轴线平行和垂直情况下的刚性接口地下管线由于隧道暗挖施工引起的变形计算公式,结果表明:隧道直径、管隧距离、沉降槽宽度系数、管径、管壁厚、管材弹性模量、下卧岩土体弹性模量、特征系数、泊松比、地层损失率等参数是管线变形的主要影响因素。以西安地铁三号线通—胡区间施工工程为例,制定了管线变形监测方案,工程实践表明理论预测公式计算结果与实际相符。     

浅埋隧道覆岩变形沉降的分布式光纤监测与分析

针对在浅埋隧道下穿既有设施的施工过程中上覆层变形难以实现分布式监测这一问题,基于脉冲预泵浦光时域分析(PPP-BOTDA)分布式光纤传感技术,以云南某浅埋隧道连续下穿二级公路和钢筋加工车间场地为例,提出分布式光纤的布设方案,对隧道上覆层沉降变形进行监测,分析上覆层的变形特征。结果表明:上覆层中光纤应变的时空演化过程与岩土体物理力学性质、掌子面推进过程、初衬支护作用以及水文地质条件有关;掌子面前方和后方上覆层分别处于拉应力和压应力控制区,掌子面的位置对应着拉—压应变过渡带。同时,将分布式光纤和地表水准仪沉降监测进行比较,两种方法测得沉降结果趋势一致,验证了分布式光纤在隧道施工过程中对上覆岩土体纵向沉降监测的可行性。分布式光纤监测由于能够获取覆岩的整体变形时空演化特征,具有较明显的优势。     

隧道穿越距离变化对地表框架结构变形的影响

为了研究隧道施工对邻近建筑物基础的沉降量、沉降差、扭转及倾斜等变形特征随隧道距离的变化规律,结合广州地铁隧道下穿一个框架结构建筑物,利用FLAC3D软件建立隧道-土-建筑结构的三维有限差分计算模型,考虑了建筑物的中间纵向框架与隧道轴线平行、距离从0m增加到20m共11种工况。根据计算结果,建筑物的最大扭曲变形量和最大沉降量随着距离的增大,都由最大值逐渐减小趋于零,其中最大扭曲变形量减小很快,当水平距离超出隧道轴线埋深时,扭曲变形量可以忽略不计;而建筑物倾斜、相邻基础的沉降差先由零逐渐增加,在沉降槽边缘内侧达到最大值,随后逐渐减小,最后逐渐趋于零。研究结果表明,对于受隧道施工影响的地表框架结构建筑物,在隧道上方位置时应重点监控其沉降量和扭转变形量,而在沉降槽边缘内侧时应注意监控其沉降差和倾斜量。     

地铁隧道毒气事故的防治与应急处置探讨

在调研国内外地铁隧道毒气事故及其防护技术现状的基础上,分析上海市地铁隧道防毒能力和面临的若干问题,就地铁隧道化学毒剂、毒物的监测、防护以及突发毒气事件的应急救援和处置,提出综合性、可操作的对策建议,对于进一步提高地铁系统的安全运营管理水平和突发事故应急处置能力,保障地铁交通等公共场所的安全和加强城市安全管理具有重要的现实意义。     

松散地层隧道防坍塌控制技术研究

松散砂卵石地层围岩自稳时间极短,开挖后若不支护会立即坍塌,危及施工安全。根据地层特征曲线支护阻力与围岩位移的关系,若围岩自稳时间比支护施工时间短,支护结构要承受较大松散围岩压力,在这种地层中适时的支护时间已没有意义,必须采用合理的隧道防坍塌控制。施工中须根据砂卵石地层工程地质特征、隧道施工方案特点和周围环境的限制要求,合理选择支护措施,有效加固砂体,抑制围岩变形,以解决砂卵石隧道超前支护措施的选取、初期支护参数的优化、变形速率比值判别标准、衬砌结构施工力学行为、砂卵石地层围岩压力分布特征及洞室收敛变形的控制技术难题。研究成果可更好地保障砂卵石地层公路隧道的施工安全。     

近距双线盾构隧道开挖诱发地层变形演变规律及数值模拟

双线平行隧道盾构施工相互扰动作用对其诱发的地层变形分布特征和演变规律影响显著。以某地铁双线盾构隧道工程为例,考虑双线平行隧道间距与盾构施工相互作用影响,采用数值模拟和现场实测相结合的方法对双线平行隧道盾构施工引起的地层变形演变规律进行了对比分析,并提出了考虑近远距状态的双线平行隧道盾构施工地层变形预测模型。研究结果表明,双线盾构隧道施工地层竖向变形曲线由“V”形发展为非对称“W”形分布,沉降槽宽度由6D扩大为10D,地层深度越深非对称“双峰”特征越明显;地层水平变形曲线以两隧道中线为轴线呈反对称分布,两隧道间区域土体变形受施工扰动影响显著;地表沉降曲线分布随双线隧道近远距变化由深“V”形—浅“V”形—“U”形—浅“W”形—深“W”形—两独立“V”形演变,采用L cr=2CKH可作为双线平行盾构隧道近远距状态临界判据,本文提出的预测模型能较好地反映近远距状态及施工相互扰动对双线平行隧道盾构施工地层变形的影响规律。研究成果可为类似地铁隧道盾构施工变形预测与精细化控制提供科学参考。     

城市中心地带地铁深基坑开挖对周边环境影响实测分析

为研究在城市中心地带开挖地铁深基坑对邻近高架桥墩、复杂市政管线等周边环境的影响特征,以厦门轨道交通1号线城市广场站深基坑工程为例,通过对围护桩沿深度的水平位移、内支撑的轴力、坑外地下水位的变化、坑外地表沉降、周边地下管线沉降、邻近高架桥桥墩基础的沉降等进行现场监测,得出了一些有价值的结论。监测表明:桩身水平位移曲线呈典型的"内凸型";第一道钢筋混凝土支撑轴力最大,距底板最近的第四道钢支撑轴力最小;地表沉降呈现凹槽形和三角形两种沉降形态,表现出了非对称性,在坑内施作底板之后地表沉降趋于收敛;受基坑开挖影响最大的管线并不一定是距离基坑最近的,其变形量受到坑外地表沉降槽形状及最大沉降位置的影响,同时也与截面尺寸、材质、刚度等有关。高架桥桥墩基础受基坑开挖扰动较小,变化很小。     

寒区湿地软土固结变形特性试验研究

软土的成因不同,其工程性质存在着一定的差异,路基的固结沉降也不一样。为了研究寒区湿地软土固结变形特性,弄清其固结和次固结系数变化规律,对两类软土进行了单向固结压缩试验。试验结果表明,软土在不同的固结压力作用下,其孔隙比-时间对数曲线展布特征有较大的不同,说明固结压力对寒区湿地软土的主、次固结的划分有影响;寒区湿地软土主固结系数随固结压力的增大而减小,次固结系数随固结压力的增大而增大,最后两者都趋于稳定。     

基于地层⁃注浆体⁃管片协同作用的海底盾构隧道受力研究∗

为研究海底盾构隧道中浆液与围岩及管片的相互作用特性,以厦门地铁2号线海底盾构段为工程背景,采用数值模拟方法和现场实测方法,分析注浆的浆液凝固过程,重点研究浆液的抗压强度、刚度、收缩、蠕变等特性对隧道力学和变形的影响特征,以及不同地层分布、不同隧道埋深下的管片受力特征,并采用流固耦合研究海水位变化对管片受力的影响。计算研究表明:注浆材料的刚度比E1/E28对管片最终轴力和围岩压力影响小,变化幅度不超过0.885%,对地层变形影响相对较大,可通过添加剂调节凝结时间,尽量让浆液早一些凝固硬化;最终收缩应变增大,隧道内力和外侧压力降低,地层沉降增大,建议采用泌水率低的浆液,且其收缩值需控制在较小的范围内;蠕变参数取值对管片轴力影响较小,变化幅度最大不超过1.35%;收缩参数主要考虑注浆材料后期的凝固收缩,蠕变则主要考虑注浆材料前期的蠕变收缩;地层变化及隧道埋深变化对隧道管片受力影响显著,隧道拱顶若软土较厚,则不易形成有效压力拱,导致围岩压力荷载较大;半日潮对地层变形、管片受力的影响不大,总体发展趋势与静水位条件下相似。最后,监测结果表明,数值模拟与实测的管片水土压力时程变化规律基本一致。     

考虑变形缝影响的盾构隧道纵向抗震性能分析

盾构隧道通过设置变形缝可适应沿纵向的不均匀沉降和变形,但目前盾构隧道结构抗震设计尚未考虑变形缝的影响,且变形缝对盾构隧道的纵向抗震性能的影响机制尚不清晰。本文将盾构隧道简化为三维的等效梁单元,放置在粘弹性地基上,采用地基弹簧和阻尼单元模拟隧道与土体间的动力相互作用,并通过细观三维精细化模型来模拟变形缝,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的变形缝张开量和错位量等变形。综合考虑不同地震动输入方向和不同地震波频谱特性,对比分析盾构隧道有/无变形缝时的非一致地震响应特征,并对变形缝间距变化进行了参数敏感性分析,系统揭示了变形缝对盾构隧道纵向抗震性能的影响规律。分析结果表明:在隧道纵向布置变形缝能有效减小盾构隧道在地震作用下的轴力和弯矩,但随着变形缝间距的增大,减震效果显著降低。研究结论可为今后类似工程的抗震分析及变形缝设计提供指导。     

基于PSInSAR技术的珠海市地表沉降监测与归因分析

为明确珠海市地表沉降s时序变化特征及其原因,通过PSInSAR技术对2017-2019年55景Sentinel-1A数据进行处理和分析,利用CORS站设置连续观测水准点的方法对获取的沉降结果进行验证。结果表明,该方法监测结果与水准测量成果间的相关系数R 2为0.6420,RMSE为3.8114mm/y,珠海市明显沉降区域主要分布在高栏港经济区,鸡啼门河道两侧和白蕉镇,以及横琴新区,调查发现沉降原因主要是人为的填海造陆及未固结软土下沉,其中由于工程建设导致的沉降占总沉降面积的8.74%,填海造成的沉降占17.75%,由于未固结软土下沉导致的沉降占73.51%。研究结果可为珠海市的城市建设和灾害防治提供科学依据。     

城市地下综合管廊常见运维灾害及对策研究

城市地下综合管廊作为现代化城市建设中不可或缺的一种重要基础设施,是保持城市能量流、物质流及信息流畅通的众多生命线之家,然而可以预见大量的灾害将成为其正常运行的严重威胁。在对国内外城市地下综合管廊灾害事故统计分析的基础上,结合与之具有一定程度相似性的市政管线(或隧道)及其他类型运营隧道灾害,系统划分了其运维期灾害类型,并对自然灾害、技术灾害和人为灾害类型进行了细分,提出了其运维期灾害防控的基本原则。在此基础上,重点分析总结了综合管廊火灾和震害的产生机理和应对措施;还就人为灾害、渗漏水问题、不均匀沉降以及环境安全问题及其对策进行了研究。研究成果可为运维期综合管廊减灾防灾提供参考。     

季冻区山岭公路隧道冻胀力学特征数值模拟研究

季冻区的极端低温气候严重威胁着隧道的运营安全,围岩的冻胀作用是隧道冻害发生的外力根源。以吉林省某高速公路隧道为例,基于伴有相变的瞬态传热理论和abaqus有限元模型模拟了围岩冻结温度场动态分布规律以及围岩冻胀后的衬砌内力及变形特征。计算结果表明围岩冻结从拱部开始发生,发展至边墙,最后延伸至仰拱底部形成冻结圈;冻结深度的分布规律为拱部边墙仰拱;冻结发展速度与气温变化相关,但表现出一定的滞后性。围岩冻胀后,衬砌整体呈现"横鸭蛋"的收缩变形趋势,边墙水平收敛和仰拱不均匀隆起影响最大,边墙与仰拱连接处出现的应力集中也可能会影响结构整体的稳定性。此外,冻胀引起的衬砌转角变形在距离拱顶48°和96°处达到正负峰值,可视为冻胀敏感点作为转角监测的最优布设点。     

盾构隧道施工对邻近建筑物差异沉降与扭曲变形影响分析∗

针对盾构隧道施工侧穿既有建筑物问题,结合南京地铁一号线北延段工程,以盾构隧道侧穿某浅基础建筑物为研究对象,通过对建筑物沉降实测数据进行分析,并利用Plaxis 3D 软件建立数值模型,研究了隧道距建筑物不同水平距离和盾构以不同角度穿越对建筑物差异沉降与扭曲变形特征的影响。结果表明：随着盾构开挖面逐渐接近建筑物,建筑物差异沉降及扭曲变形逐渐增大;差异沉降量在盾构机通过时达到最大值,之后趋于稳定,而扭曲变形峰值出现在盾构开挖面到达建筑物中点截面位置时,随后逐渐减小;当建筑物中心至隧道轴线的水平距离与隧道外径之比L/D=0.5~2 时,建筑物差异沉降量较大,在L/D=1.5 时达到峰值;当盾构穿越夹角从θ=0°增大至θ=90°时,建筑物最大差异沉降量不断增加,而最终扭曲变形值则先增大后减小,在θ=45°时扭曲变形达到峰值。研究结果可为盾构隧道侧穿浅基础建筑物时相关类似工程提供参考。     

地铁动荷载作用下隧道-地裂缝-地层的三维动力响应

为了探明西安地裂缝场地地铁动荷载作用下的隧道-地层动力响应特征,提出了基于ABAQUS的地铁振动响应三维模拟方法,实现了地铁多轮对荷载的移动。通过有限元计算,得到了整体式隧道的振动响应特征和振动波在地裂缝场地的传播规律,并将有无地裂缝时的振动响应进行了对比,分析了地裂缝对振动响应的影响。计算表明:单节车辆诱发振动沿纵向的影响范围不超过75 m;地铁运行诱发的振动以竖向为主,振动沿横向传播时水平振动衰减较慢;在本次模拟工况下,地裂缝的存在对地裂缝邻近约12 m范围内土体的振动影响较大,对衬砌结构的影响不显著。     

上软下硬地层双线地铁隧道下穿既有城市道路地层变形规律研究

上软下硬地层地区进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及地表构筑物。依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用现场监测研究方法,对该类地层双线隧道下穿既有道路引起的围岩及地层位移进行研究。研究结果表明:道路荷载对隧道围岩沉降有较大影响,当双线隧道间距较小时,全断面注浆对注浆段上方较浅地层位移影响较明显,对临近隧道较深处影响较明显,全断面注浆对地面沉降有较好的控制作用,但要注意控制隆起,该工程中全断面注浆对注浆加固圈以外8 m内影响较大,8~13 m范围影响较小。通过多种监测手段相结合,可以更好的保障施工安全。     

盾构隧道同步注浆壁后压力模式研究

针对深圳地铁9号线隧道盾构开挖,研究同步注浆在不同压力模式下对隧道稳定性和地面沉降以及分层沉降的影响。获得适合描述该土体性质的本构模型参数,并通过运用有限元软件Midas/GTS对其进行有限元数值分析,对比现场实测数据来验证盾构施工同步注浆壁后压力分布模式。结果表明:非均匀压力模式相比均匀压力模式更接近实际,且更合理;非均匀压力模式相比均匀压力模式下的地面沉降与各层地层沉降,前者最终沉降约是后者的31.9%,且更接近实际情况;非均匀压力模式相比均匀压力模式对管片应力影响更大,前者最终所受应力约是后者的59.0%,可为盾构隧道的设计施工提供参考。     

基于现场监测和数值模拟的吹填土不均匀沉降经验公式修正

为研究填海地区吹填土不均匀沉降的变化规律,以天津大港区填海地区地质勘查资料为依据,通过室内试验和现场原位静力触探实验得到吹填土层相关参数,选取考虑比贯入阻力的经验公式计算填海地区软土不均匀沉降。结合自动化监测数据与理论数据和数值模拟结果的对比分析,确定不同数据的偏差值。通过对大数据的分析,对经验公式提出修正,最终提出一套更为精确的吹填土或软土压缩模量估算方程。