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盾构下穿施工既有隧道变形机理数值模拟研究 被引量：1
1
作者 路德春 宋涛 +2 位作者 林庆涛 孟旭 杜修力 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第3期485-500,共16页
盾构施工下穿既有运营隧道,易导致既有线路变形过大,给地铁列车运营安全带来安全隐患。考虑盾构机与土体相互作用、衬砌‑注浆层‑土体相互作用,以及同步注浆硬化过程和压力消散等关键因素,发展了盾构施工全过程数值模拟方法。结合实际工... 盾构施工下穿既有运营隧道,易导致既有线路变形过大,给地铁列车运营安全带来安全隐患。考虑盾构机与土体相互作用、衬砌‑注浆层‑土体相互作用,以及同步注浆硬化过程和压力消散等关键因素,发展了盾构施工全过程数值模拟方法。结合实际工程建立盾构下穿既有隧道三维有限元数值模型,获得了盾构下穿过程中既有隧道结构变形、内力响应、围岩压力,及其周围地层应力的发展变化规律,揭示了既有隧道的变形机理。结果表明:既有隧道在纵向上发生挠曲和扭转变形,挠曲变形呈现为中部沉降两端隆起的“V”形变形,断面扭转变形呈中间大两端小的分布形式,且随盾构掘进先逆时针扭转后顺时针扭转;对于隧道横断面,在x=-0.8D~0.8D隧道断面呈现侧向压扁、竖向伸长的变形模式,在x=±0.8D之外隧道断面呈现侧向伸长、竖向压扁的变形模式,x=-0.8D~0.8D隧道断面变形由盾构开挖引起的土体卸载引起,x=±0.8D之外的隧道断面变形由中间区域隧道断面扭转和沉降变形的传递导致。 展开更多
关键词 盾构 下穿施工 既有隧道 变形机理 数值模拟
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考虑变形控制的盾构穿越高铁隧道掘进参数研究
2
作者 费瑞振 邹洋 +3 位作者 彭立敏 施成华 雷明锋 张继清 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期2703-2716,共14页
为解决盾构下穿高速铁路隧道引发的变形控制难题,建立基于机器学习的沉降预测及盾构掘进参数优化模型。通过整合盾构穿越既有隧道工程实测数据、数值模拟及理论计算结果,构建了包含17类参数的综合数据库。依托天津地铁B1线下穿京津城际... 为解决盾构下穿高速铁路隧道引发的变形控制难题,建立基于机器学习的沉降预测及盾构掘进参数优化模型。通过整合盾构穿越既有隧道工程实测数据、数值模拟及理论计算结果,构建了包含17类参数的综合数据库。依托天津地铁B1线下穿京津城际铁路解放路隧道工程案例,采用贝叶斯优化的极端梯度提升算法(BO-XGBoost)建立沉降预测模型,并结合粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法实现盾构掘进参数优化。研究结果表明,BO-XGBoost模型在预测精度上显著优于传统神经网络与支持向量机,误差可以控制在±0.6 mm范围内,5折交叉验证结果表明该模型泛化能力稳定。地层损失率是既有隧道沉降主控因素,其次为盾构刀盘直径与盾构埋深,土体弹性模量及泊松比影响较弱。通过采用PSO算法优化后的盾构推进速度、刀盘转速、同步注浆压力等参数,可以将盾构穿越高铁隧道的沉降值控制在5 mm以内。研究成果可为盾构穿越高铁隧道安全施工及运营提供理论参考。 展开更多
关键词 变形控制 高铁隧道 盾构穿越 盾构掘进参数 预测模型
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考虑截面椭圆化的上跨基坑开挖诱发盾构隧道纵向变形差分解
3
作者 邓文武 黄大维 +1 位作者 宋仪 张志伟 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1120-1130,共11页
为解决现有基坑上跨开挖诱发既有盾构隧道纵向变形简化解中往往忽略其横截面椭圆化的不足问题,借助两阶段分析法基于修正Mindlin应力解计算开挖卸荷引起的附加应力,并将既有隧道建模为Pasternak地基上的Euler短梁-弹簧模型,同时基于严... 为解决现有基坑上跨开挖诱发既有盾构隧道纵向变形简化解中往往忽略其横截面椭圆化的不足问题,借助两阶段分析法基于修正Mindlin应力解计算开挖卸荷引起的附加应力,并将既有隧道建模为Pasternak地基上的Euler短梁-弹簧模型,同时基于严格的隧道横截面椭圆化参数方程推导其环间接头转动刚度计算公式,提出考虑横截面椭圆化的上跨基坑开挖诱发在役盾构隧道纵向非连续变形差分解。通过2个工程案例对纵向非连续变形差分解的合理性进行验证,并进一步研究隧道环间接头刚度和纵向加固环数对其纵向变形的影响。研究结果表明:1)纵向非连续变形差分解预测的隧道隆起变形与实测值间具有较好的一致性;忽略隧道横截面椭圆化会导致对其隆起位移和环间张开量的低估以及环间错台量的高估,但当基坑开挖面积较大时,截面椭圆化对隧道隆起位移影响较小,对环间变形影响不变。2)接头转动刚度的增加会减少隧道隆起位移和环间张开量,并增加环间错台量;而接头剪切刚度的增加会减少隧道隆起位移和环间错台量,并增加环间张开量。3)纵向加固能够有效降低上方开挖引起的隧道隆起位移,但加固环数的增加对进一步减少隧道隆起影响有限。 展开更多
关键词 上跨基坑开挖 盾构隧道 纵向变形 纵向梁-弹簧模型 隧道横截面椭圆化
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盾构隧道正交侧穿既有桥梁桩基临界安全距离研究
4
作者 王超 邹金锋 +1 位作者 舒丹 伍钦铧 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第4期779-791,共13页
为探究盾构隧道穿越既有桥梁桩基的安全施工距离,以正交侧穿施工为例,考虑桩基剪切效应的影响,利用Pasternak双参数地基模型,构建既有桥梁桩基与在建隧道中间土体水平位移的平衡微分方程,进而推导桩-隧中间土体的水平位移解析解。在此... 为探究盾构隧道穿越既有桥梁桩基的安全施工距离,以正交侧穿施工为例,考虑桩基剪切效应的影响,利用Pasternak双参数地基模型,构建既有桥梁桩基与在建隧道中间土体水平位移的平衡微分方程,进而推导桩-隧中间土体的水平位移解析解。在此基础上,基于尖点突变理论确定桩-隧中间土体势函数的标准表达式及其系统突变失稳的充分必要条件,据此建立盾构隧道正交侧穿既有桥梁桩基临界安全距离计算方法,通过数值模拟和现场实测验证其工程适用性,并基于该方法分析盾构隧道正交侧穿既有桥梁桩基临界安全距离的主要影响因素。结果表明:临界安全距离与桥梁桩基桩径比之间近似为指数函数关系,且二者呈正相关;临界安全距离与盾构隧道深径比呈二次函数关系,随深径比增大,临界安全距离先增大后减小,且在盾构隧道深径比为8.1时达到最大值。理论值与数值模拟所得估测值拟合良好,且现场测量结果及相关规范也进一步验证了方法的工程适用性。本研究为类似隧道穿越工程设计和施工方案优化提供了理论依据。 展开更多
关键词 盾构隧道 既有桥梁 桩基 正交侧穿 桩-隧中间土体 尖点突变理论 临界安全距离
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多特征模板匹配的多源盾构隧道螺栓孔精准识别 被引量：1
5
作者 王少宁 杨元维 +5 位作者 许磊 顾世成 高贤君 尹正浩 钟康 刘振宇 《测绘通报》 北大核心 2025年第3期59-65,共7页
螺栓孔作为盾构隧道的关键力学结构,对隧道整体结构的稳定性至关重要。由螺栓失效引发的渗水和裂缝等病害现象,对隧道的安全运营构成潜在威胁。为消除检测人员的安全隐患并提高螺栓孔的检测效率,本文提出了一种基于多特征模板匹配的多... 螺栓孔作为盾构隧道的关键力学结构,对隧道整体结构的稳定性至关重要。由螺栓失效引发的渗水和裂缝等病害现象,对隧道的安全运营构成潜在威胁。为消除检测人员的安全隐患并提高螺栓孔的检测效率,本文提出了一种基于多特征模板匹配的多源盾构隧道螺栓孔精准识别方法。首先,将隧道断面点云的几何中心作为视点,将隧道点云进行圆柱投影展开成2.5维点云;其次,通过DBSCAN聚类方法提取螺栓孔点云并采用欧式聚类生成其中心坐标集;然后,以扫描测线为单元对2.5维点云及螺栓孔中心坐标集进行逐测线投影,将三维点云信息融入二维图像中以此锁定目标检测区域;最后,通过多特征模板匹配的方法对螺栓孔进行精准识别。本文设计的基于点云形状特征的DBSCAN聚类方法能够提取点云数据中所有的螺栓孔,同时识别率和平均相似度分别能够达到98.76%和98.79%,且在耗时相近的情况下,平均偏差更小,表现出更好的稳健性。本文充分考虑螺栓孔点云的形状特征,实现了螺栓孔点云的精准分类,并通过融合盾构隧道的三维与二维数据进一步提高了盾构隧道图像上目标识别的精度。 展开更多
关键词 盾构隧道 螺栓孔 跨模态 模板匹配 目标识别
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地铁盾构下穿既有铁路框架桥的变形与动力响应 被引量：1
6
作者 汤新辉 赖咸根 +2 位作者 刘维正 卢世德 卢细兵 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第4期126-132,共7页
[目的]目前,对于下穿盾构与上部车辆-轨道结构相互影响的研究较少。为确保新建地铁盾构施工和既有线路运行安全,有必要分析地铁盾构下穿施工扰动,以及列车荷载对既有结构的变形特性及动力响应的影响规律。[方法]结合长沙地铁6号线盾构... [目的]目前,对于下穿盾构与上部车辆-轨道结构相互影响的研究较少。为确保新建地铁盾构施工和既有线路运行安全,有必要分析地铁盾构下穿施工扰动,以及列车荷载对既有结构的变形特性及动力响应的影响规律。[方法]结合长沙地铁6号线盾构隧道下穿既有京广铁路框架桥工程,建立盾构下穿铁路框架桥的开挖子模型和车辆-轨道动力耦合子模型,采用数值软件进行联合仿真,针对盾构开挖进程、注浆压力、土仓压力、地层加固、列车速度等不同工况,研究地层、框架桥、轨道结构的变形,并总结车辆-轨道动力响应变化规律。[结果及结论]盾构左线先行开挖导致的轨道最大沉降约为3.0 mm,右线开挖后最大沉降发生位置向左右线中心处偏移,最大沉降达5.4 mm,先行盾构引起的轨道沉降略大于后行开挖的沉降;车体的振动加速度和轮轨作用力随车速的提高而增大,轮轨垂向力受列车速度的影响大于轮轨横向力受列车速度的影响;振动位移、车体振动加速度、轮轨作用力及脱轨系数均随盾构开挖的不断推进逐渐增大,但增大幅度不大。与未采取措施开挖时相比,提高注浆压力、提高土仓压力和采取地层加固措施后,钢轨垂向振动位移分别减小了14.7%、11.5%、44.1%。在盾构施工过程中,应采取地层加固措施,以保证盾构顺利施工和铁路正常运营。 展开更多
关键词 地铁盾构 铁路框架桥 下穿 变形 动力响应 数值仿真
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渝湘高铁重庆长江隧道方案设计与关键技术研究
7
作者 陶伟明 陈杨 +3 位作者 蒲松 曹林卫 刘保林 旷文涛 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1219-1228,共10页
针对山地城市环境下过江隧道建设面临的地形高差悬殊、地质复杂、城市建筑密集等挑战,以渝湘高铁重庆长江隧道为依托,结合工程地形地貌、水文地质及城市环境特征,通过多维度技术比选与创新设计,对线路敷设方案、隧道分合修、盾构选型、... 针对山地城市环境下过江隧道建设面临的地形高差悬殊、地质复杂、城市建筑密集等挑战,以渝湘高铁重庆长江隧道为依托,结合工程地形地貌、水文地质及城市环境特征,通过多维度技术比选与创新设计,对线路敷设方案、隧道分合修、盾构选型、施工组织方案、运营排水、养护通风等开展系统研究,形成适应于山地城市特点的过江隧道关键技术集成体系。研究表明:1)采用泥水平衡盾构可有效应对0.9 MPa高水压及砂岩-泥岩互层地质条件,避免喷涌风险并提升掘进效率;2)施工工艺上首次提出盾构洞内组装始发及接收拆解技术,利用85 m长组装洞和40 m长拆解洞完成盾构洞内的始发与接收,规避了传统超深竖井方案施工风险高、城市干扰大的难题;3)隧道断面采用蘑菇形结构,通过多分部开挖与肋板式锚杆挡墙叠合支护,确保了613 m 2超大断面隧洞的稳定施工;4)提出分段运营排水系统与轨下廊道通风方案,结合泥浆航运弃渣模式,解决了高水压渗流与城区环保难题。工程实践表明,上述技术集成体系显著降低了山地城市环境下过江隧道的施工风险与城市影响,提升了隧道建设质量与效率。 展开更多
关键词 山地城市环境 过江隧道 线路方案 盾构选型 盾构洞内组装(拆解) 蘑菇形断面
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高水压大直径越江盾构隧道安全评价
8
作者 苏昂 何川 +3 位作者 王峻 周欣 封坤 张力 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2884-2894,共11页
为评价高水压大直径越江盾构隧道的安全性,以苏通电力管廊长江盾构隧道工程为研究背景,采用自主研发的装置对错缝拼装盾构隧道开展原型加载破坏试验。首先,分析原型试验结果,揭示了高水压条件下管片结构破坏特征;其次,提出基于椭圆度控... 为评价高水压大直径越江盾构隧道的安全性,以苏通电力管廊长江盾构隧道工程为研究背景,采用自主研发的装置对错缝拼装盾构隧道开展原型加载破坏试验。首先,分析原型试验结果,揭示了高水压条件下管片结构破坏特征;其次,提出基于椭圆度控制的结构形变评价方法和基于M-N承载力曲线的结构强度评价方法,建立了基于管片结构形变和强度的安全综合评价方法;最后,对苏通电力管廊长江盾构隧道安全性进行综合评价。研究结果表明:管片内弧面裂纹出现在拱顶和拱底,最大宽度分别为4.5 mm和11.5 mm,外弧面裂纹出现左拱脚、右拱肩,裂纹最大宽度为0.1 mm;管片破坏特征为内弧面出现多条贯通裂纹,B3块钢筋达到屈服状态,主对拉方向顶底位移增大,管片结构局部失稳破坏;管片结构形变发展可分为一次递增和二次递增2个阶段,提出椭圆度8.17‰作为结构形变控制值,(3 595.52 kN·m,14 988.60 kN)为M/N内力组合发展控制值。苏通电力管廊长江盾构隧道安全综合系数为1.84~3.65,安全余量充足,但要重点加强3号断面的监测。 展开更多
关键词 越江盾构隧道 安全评价 原型加载试验 大直径 高水压
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超大直径隧道机械法横通道施工下的结构响应
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作者 郑镇跡 谢典延 +2 位作者 邱桐 苏栋 陈湘生 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第7期3194-3207,共14页
为揭示机械法横通道施工全过程对超大直径盾构隧道结构的力学扰动机制,以广州海珠湾隧道区间横通道工程为例,详细介绍国内首个机械法横通道与超大直径盾构主隧道同步施工的工艺设计。在此基础上,进一步建立精细化的三维仿真模型并结合... 为揭示机械法横通道施工全过程对超大直径盾构隧道结构的力学扰动机制,以广州海珠湾隧道区间横通道工程为例,详细介绍国内首个机械法横通道与超大直径盾构主隧道同步施工的工艺设计。在此基础上,进一步建立精细化的三维仿真模型并结合现场实测数据验证,深入分析横通道机械顶管法施工全过程对超大直径盾构隧道结构体系的力学扰动特性。研究结果表明:预制箱涵在顶进过程中产生了向靠背侧3.1 mm的水平附加变形;破洞后,钢套筒在洞门上下全切环与两侧半切环接缝处出现局部应力集中,最大应力达266.3 MPa;施工过程中,主隧道管片受力和变形均表现出显著的阶段性变化:顶切阶段,反力架上部传力构件处管片出现约3.06 MPa的局部拉应力,同时该处正弯矩增至670.9 kN·m;破洞及拆撑完成后,洞门两侧应力集中现象明显,最大压应力增至22.91 MPa。此外,切削侧负弯矩减少54.1%;施工过程中,全切环管片轴力逐步下降,最终拱顶轴力损失46.3%、切削侧几乎降至0,而半切环拱顶和拱腰轴力却增加20.85%和36.5%;通道破洞施工导致主隧道各部位变形增大,拱顶变形增幅为26.7%~50.1%,而靠背侧及切削侧分别增大11.9%~43.6%、28.1%~65.9%。研究结果为理解机械顶管法横通道施工对超大直径盾构隧道的影响机理提供重要的依据,并为今后同类工程的设计与施工提供参考。 展开更多
关键词 超大直径 盾构隧道 机械法 横通道 结构响应
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砂土地层盾构隧道下穿既有管道掌子面被动极限支护压力计算
10
作者 张潜 路志旺 +3 位作者 崔鼎 赵威 叶友林 商诗健 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第6期1112-1119,共8页
为探究砂土地层盾构隧道垂直下穿既有管道过程中掌子面前方土体的被动失效区及极限支护压力的影响因素,首先,基于数值模拟方法,分析隧道掌子面与既有管道之间水平间距对前方土体被动失稳区及其极限支护压力的影响规律。在此基础上,将所... 为探究砂土地层盾构隧道垂直下穿既有管道过程中掌子面前方土体的被动失效区及极限支护压力的影响因素,首先,基于数值模拟方法,分析隧道掌子面与既有管道之间水平间距对前方土体被动失稳区及其极限支护压力的影响规律。在此基础上,将所得数值模拟最不利工况下的掌子面前方土体被动失效区域特征与极限平衡理论框架相结合,提出一种适用于隧道垂直下穿既有管道的三维极限平衡理论模型,该模型由上部倒棱台、既有管道和下部对数螺旋楔形体3部分组成,并系统推导相应工况下掌子面被动极限支护压力的计算公式。最后,通过理论解与数值模拟结果的对比,验证所提理论模型的准确性与适用性。研究结果表明:1)当既有管线位于掌子面前方约隧道直径的水平距离处时,其对掌子面极限支护压力及前方土体破坏模式的影响程度最大;2)土体内摩擦角、管道埋深及管隧间距对掌子面被动极限支护压力影响显著;3)当内摩擦角较大时,支护压力随管隧间距呈正相关增长;4)在小内摩擦角条件下,管隧间距变化对支护压力的敏感性显著降低。 展开更多
关键词 盾构隧道 被动失稳 极限支护压力 极限平衡法 下穿既有管道
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基于点云数据的盾构隧道横断面连续提取及变形分析方法
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作者 奉建军 林元铖 +2 位作者 万晓燕 周斌 王新宇 《铁道建筑》 北大核心 2025年第4期106-110,共5页
三维激光扫描技术近年来被逐渐应用到地铁隧道变形监测领域,但由于缺少专业软件来连续提取隧道横断面及进行横断面轮廓的变形分析,所以应用效果不佳。本文提出了基于三维激光扫描点云数据的盾构隧道横断面连续提取及变形分析方法,采用... 三维激光扫描技术近年来被逐渐应用到地铁隧道变形监测领域,但由于缺少专业软件来连续提取隧道横断面及进行横断面轮廓的变形分析,所以应用效果不佳。本文提出了基于三维激光扫描点云数据的盾构隧道横断面连续提取及变形分析方法,采用优化的随机采样一致性算法来确定隧道中轴线和拟合隧道横断面轮廓曲线。优化了隧道中轴线向绝对坐标系XOY面、YOZ面投影过程,并处理了边界噪点对分析精度的影响。研发了相应的软件,实现了断面变形分析结果的实时输出和展示。以某地铁盾构隧道为例,将全站仪实测数据与本文方法得到的拟合数据进行了对比,实测长半轴与拟合长半轴差值小于2.0 mm的断面数占总数的93.3%,实测短半轴与拟合短半轴差值小于2.0 mm的断面数占总数的90.0%。可见,本文提出的方法应用效果良好。 展开更多
关键词 盾构隧道 三维激光扫描 隧道变形监测 随机采样一致性算法 隧道横断面拟合 隧道中轴线
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考虑潮汐因素的运营期过江盾构隧道接缝渗漏机理分析
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作者 王钰轲 宋龙飞 +1 位作者 薛玉洁 钟燕辉 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期229-237,共9页
研究潮汐因素影响下隧道接缝渗漏机理,为运营期过江盾构隧道在不同季节的养护和病害精细化识别提供依据。依托南京定淮门过江盾构隧道工程,选取工程中的两个典型断面建立数值模型,通过嵌入自主开发的考虑流固耦合的水位变动程序,实现了... 研究潮汐因素影响下隧道接缝渗漏机理,为运营期过江盾构隧道在不同季节的养护和病害精细化识别提供依据。依托南京定淮门过江盾构隧道工程,选取工程中的两个典型断面建立数值模型,通过嵌入自主开发的考虑流固耦合的水位变动程序,实现了潮汐作用的模拟;该程序弥补了以往研究中仅从力学角度模拟潮汐作用的不足。通过将模拟数据与工程监测数据进行对比,验证了笔者建立模型的可靠性;运用该模型分析汛期潮汐(FST)、枯水期潮汐(DST)作用下隧道接缝渗漏的渗流场响应和地层响应。相较于不透水地层,透水地层中接缝孔压受潮汐水位波动的影响更加显著。在渗透系数较高的地层中,接缝孔压在渗漏发生的全过程随潮汐作用瞬时波动。在渗透系数较低的地层中,接缝孔压在渗漏发展到一定程度后才开始呈现随潮汐水位波动的趋势。不同工况下,考虑潮汐因素后断面1的最大地表沉降减小了0.0009~0.0023 mm。渗透系数不同的地层中,潮汐因素对接缝孔压的影响规律不同。在隧道接缝渗漏发生的短时间内,潮汐因素对隧道地层沉降的影响可以忽略。 展开更多
关键词 潮汐作用 运营期 过江盾构隧道 接缝渗漏
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水平及岸坡地层中大直径盾构隧道邻近穿越对码头栈桥影响
13
作者 罗基伟 王乐明 +3 位作者 杨立功 王欢 李建东 左殿军 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期120-135,共16页
针对穿江越海工程中大直径盾构隧道可能对邻近水工结构带来较大风险的问题,以武汉地铁11号线越江隧道为背景,研究大直径盾构隧道在水平及岸坡地层中邻近穿越对栈桥的影响。先采用离心模型试验,分析盾构地层损失率从0.5%增至2.0%过程中... 针对穿江越海工程中大直径盾构隧道可能对邻近水工结构带来较大风险的问题,以武汉地铁11号线越江隧道为背景,研究大直径盾构隧道在水平及岸坡地层中邻近穿越对栈桥的影响。先采用离心模型试验,分析盾构地层损失率从0.5%增至2.0%过程中的栈桥沉降及桩基弯矩分布;然后基于离心模型试验结果标定参数,开展原型隧道-地层-栈桥的数值模拟,进一步研究盾构地层损失、开挖面压力和开挖间距等因素对栈桥的影响。结果表明:地层和栈桥的沉降均随地层损失率增大而显著增长,岸坡段地层变形大于水平段的,但其沉降槽宽度较小,控制地层损失是减小栈桥沉降的有效方法;开挖面的支护压力对其稳定性及前后地层变形影响显著,控制开挖面压力与静止土压力比值在0.8~1.2时,开挖面稳定性良好,盾构从陆域水平段进入岸坡段时,应精细化控制并采用略小的开挖面压力;桥隧间距对栈桥变形及桩基弯矩具有控制性作用,桥隧间距超过10倍洞径时,盾构穿越带来的沉降差异可忽略。 展开更多
关键词 盾构隧道 桩基栈桥 邻近穿越 地层损失 开挖面压力 离心模型试验
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越江输水盾构隧道接收环回弹机理分析及工程应用
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作者 白海文 柳献 +2 位作者 李一伦 单晓波 舒计城 《人民长江》 北大核心 2025年第7期163-167,203,共6页
越江输水盾构隧道的盾构机退场后常会导致衬砌环环间压力显著下降,进而引发衬砌环回弹和环缝变形,这会对隧道的防水性能产生严重影响,因此深入分析衬砌环回弹和环缝变形的机理,并采取针对性优化措施具有重要的工程意义。在分析盾构隧道... 越江输水盾构隧道的盾构机退场后常会导致衬砌环环间压力显著下降,进而引发衬砌环回弹和环缝变形,这会对隧道的防水性能产生严重影响,因此深入分析衬砌环回弹和环缝变形的机理,并采取针对性优化措施具有重要的工程意义。在分析盾构隧道接收区间内衬砌环回弹机理的基础上,建立了环间纵向力的简化理论模型,明确了回弹现象的根本原因;推导出接收环环间残余压力的公式,并通过实际工程数据绘制了环间残余压力的演化曲线,并在南京市江心洲污水收集系统二通道工程(穿越长江夹江段)展开了实例分析。结果表明:千斤顶作用面距离接收端的端面越近,该接收区间的环间残余纵向压力越小,且减小速率逐渐减缓;通道工程(穿越长江夹江段)应该在接收区间最后10环范围增加环间拉结措施,并同步优化注浆效果;强度校核和焊缝强度分析结果验证了优化措施的合理性和安全性。研究成果不仅为示范工程提供了切实可行的优化方案,还为类似越江输水盾构隧道接收区间的设计与施工提供了科学依据。 展开更多
关键词 越江输水盾构隧道 接收环 回弹机理 环间残余压力
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盾构隧道环间剪切效应模拟分析——以隧道开孔为例
15
作者 高一民 柳献 +2 位作者 RAMOS Gonzalo TURMO Jose 朱瑶宏 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第5期2242-2256,共15页
盾构隧道处于不对称荷载下或结构体系发生变化时(如隧道联络通道开孔等),环缝剪切对盾构隧道的结构响应影响增大,环间剪切效应将进一步影响结构的极限承载力。然而现有的模型对环缝接头进行了不同程度的简化,这给在此过程中对隧道内环... 盾构隧道处于不对称荷载下或结构体系发生变化时(如隧道联络通道开孔等),环缝剪切对盾构隧道的结构响应影响增大,环间剪切效应将进一步影响结构的极限承载力。然而现有的模型对环缝接头进行了不同程度的简化,这给在此过程中对隧道内环间剪切分布进行全面细致分析带来了困难。为此,以接触原理为基础,建立一种“壳-接触”精细化模型,并与机械法联络通道主隧道开孔足尺试验结果对比,探明该过程的盾构隧道的环间剪切效应机理。研究结果表明:壳-接触模型采用“软接触”的方式,在保证可以模拟接头转动的前提下,也可以实现接头位置压力与剪切的耦合模拟,与实际环缝力学性质相符;在机械法联络通道开孔案例中,考虑摩擦损失的精细化模型结果对足尺实验结果模拟较好;开孔管片的环间剪切力以径向剪切力为主;结构体系发生变化时,环缝的剪切力不再满足自平衡现象;且环缝剪切力的突变位置均为纵缝的位置;环间的最大径向剪切力发生位置揭示了盾构隧道开孔后的“环间传力”方向:从开孔位置逐渐向顶部靠近并最终消失;在实际工程中,应关注环间最大剪切力移动方向,经济高效地对环间剪切进行加固,确保有效环间传力。研究成果补充了机械法联络通道盾构隧道中开孔后的环间剪切效应,可为易发生环间错台的盾构隧道工程给出指导建议。 展开更多
关键词 盾构隧道 环间剪切效应 壳-接触模型 环间摩擦模拟 机械法联络通道 摩擦损失 环间传力
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SHAP解释下随机森林预测的越江盾构隧道病害发展分析
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作者 徐鹏宇 王勇 +1 位作者 王红雪 高翔 《测绘通报》 北大核心 2025年第3期117-121,共5页
我国轨道交通建造技术愈发成熟,但也无法改变富水环境下隧道变形的现状。工程领域对隧道病害成因、影响因素、控制与治理等方面均有较为深入的研究,但对于隧道尤其是越江盾构隧道的病害分布与发展预测领域的研究却很少。为弥补越江盾构... 我国轨道交通建造技术愈发成熟,但也无法改变富水环境下隧道变形的现状。工程领域对隧道病害成因、影响因素、控制与治理等方面均有较为深入的研究,但对于隧道尤其是越江盾构隧道的病害分布与发展预测领域的研究却很少。为弥补越江盾构隧道病害发展预测领域的空白,本文基于三维激光测量技术对某越江段盾构隧道全断面扫描的历史监测数据,利用SHAP解释的随机森林模型预测未来一期监测数据;预测结果精度评估合格后,分析预测数据判断隧道变形发生位置和程度,为地铁运营维护提供依据。 展开更多
关键词 病害发展分析 越江盾构隧道 病害预测 SHAP 随机森林
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长距离越江隧道双模盾构选型及转换点位置选择
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作者 霍军帅 陈爽 杨冀琴 《铁道建筑》 北大核心 2025年第3期106-111,共6页
单一模式盾构机在复合地层中掘进时存在施工风险,而泥水/土压双模盾构(简称双模盾构)则面临选取模式转换点的问题。为解决复合地层双模盾构选型及模式转换点位置选取问题,依托成都某市域轨道交通线路宝台大道站—苌弘广场站区间隧道穿... 单一模式盾构机在复合地层中掘进时存在施工风险,而泥水/土压双模盾构(简称双模盾构)则面临选取模式转换点的问题。为解决复合地层双模盾构选型及模式转换点位置选取问题,依托成都某市域轨道交通线路宝台大道站—苌弘广场站区间隧道穿越沱江工程,通过数值模拟,分析不同土舱压力下掌子面稳定情况;通过工程类比,给出双模盾构选型原则;基于渗流理论,建立盾构机内外统一的渗流场,推导出盾构螺栓输送机排土口处水头大小与刀盘位置之间的关系,进而确定模式转换点位置,并通过现场监测数据进行验证。结果表明:双模盾构选型应基于安全性,结合单一模式技术特点进行优化组合;模式转换点位置取决于刀盘所处的地层位置、刀盘面水头、改良渣土的渗透系数,并应结合施工效率确定;与刀盘位置相比,螺旋输送机排土口处水头大小对改良渣土的渗透系数更为敏感;改良渣土渗透系数降为中风化泥岩的0.4~0.5时,盾构施工具有较好的安全性、经济性。 展开更多
关键词 隧道 盾构选型 双模盾构 转换点 理论分析 越江
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新建隧道近接上穿对既有盾构隧道纵向变形的影响 被引量：2
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作者 高坤 张志伟 +2 位作者 梁荣柱 李忠超 田洪峰 《安全与环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期110-119,136,共11页
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... 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”。 展开更多
关键词 隧道上穿 既有盾构隧道 环间接头弱化 纵向变形 非连续盾构隧道模型 Riftin地基模型
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反拉式顶管法施工联络通道对地铁盾构隧道力学性能影响 被引量：4
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作者 张明聚 康博 +3 位作者 李鹏飞 庞跃魁 王锡军 吴昊 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第6期1165-1173,共9页
为探究采用反拉式顶管法施工盾构隧道联络通道过程中主隧道的力学响应机制,依托北京地铁某盾构区间,建立模拟联络通道施工过程的有限元模型,通过与现场监测数据对比验证模型的准确性。继而研究联络通道施工对主隧道管片间错台位移、特... 为探究采用反拉式顶管法施工盾构隧道联络通道过程中主隧道的力学响应机制,依托北京地铁某盾构区间,建立模拟联络通道施工过程的有限元模型,通过与现场监测数据对比验证模型的准确性。继而研究联络通道施工对主隧道管片间错台位移、特殊管片应力及变形、螺栓受力的影响,并分析反力模式对主隧道管片力学特性的影响。结果表明:1)始发管片破除对主隧道力学性能影响较大,随着联络通道进一步开挖,主隧道受力和变形缓慢增大。2)管片间最大错台位移为1.17 mm,发生在特殊管片与普通管片接缝底部。特殊管片最大拉应力为18.6 MPa,出现在开口的顶、底部;最大压应力为27.0 MPa,出现在开口的腰部;最大横向扩张位移和竖向收敛位移分别为2.13 mm和4.56 mm。主隧道管片环间螺栓最大拉应力为213 MPa。3)背推式反力模式更利于控制开口处的横、竖向位移,反拉式反力模式更利于控制开口对面管片应力变形及其接缝处错动位移。 展开更多
关键词 地铁盾构隧道 联络通道 反拉式顶管法 机械法 力学性能
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考虑衬砌截面协调变形约束的既有隧道受盾构下穿施工影响的Fourier能量变分解 被引量：2
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作者 张治国 沃巍 +2 位作者 朱正国 韩凯航 孙苗苗 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1397-1411,1422,共16页
目前关于新建盾构开挖诱发既有地铁隧道变形的理论研究,大多将既有隧道简化为不含接头的Euler-Bernoulli梁,而忽视了衬砌截面的剪切变形与管片接头的局部刚度削弱。此外,既有地基模型理论较少考虑衬砌管片与接触土体的协调变形约束。首... 目前关于新建盾构开挖诱发既有地铁隧道变形的理论研究,大多将既有隧道简化为不含接头的Euler-Bernoulli梁,而忽视了衬砌截面的剪切变形与管片接头的局部刚度削弱。此外,既有地基模型理论较少考虑衬砌管片与接触土体的协调变形约束。首先,采用Loganathan-Polous公式计算盾构开挖诱发的土体自由位移场,并将既有隧道视为考虑剪切变形的Timoshenko梁,基于沿轴线变化的抗弯与剪切刚度函数来描述管片接头的局部削弱作用;然后,结合能量变分原理与连续弹性体Mindlin解,建立考虑衬砌截面协同变形约束的隧道位移控制方程,将盾构开挖诱发的附加荷载施加于既有隧道,并使用Fourier级数方法求解既有隧道纵向变形;最后,将Fourier能量变分解与3组工程实测数据进行对比验证,取得了较好的一致性。此外,考虑隧道抗弯刚度、剪切刚度、接头刚度削弱作用、土体参数与隧道空间位置等因素的共同影响,使用抗弯系数、剪切系数及接头系数进行敏感性分析。结果表明,考虑截面变形协调约束的理论解更为符合实际,不考虑变形协调约束所得隧道位移结果偏大;衬砌接头局部刚度的削弱作用将造成隧道弯矩沿轴线在接头处发生明显锯齿状突变;抗弯系数与剪切系数的增长均导致隧道结构所受弯矩降低;剪切系数由低到高的增长将导致隧道变形模式发生“弯曲控制-弯剪混合-剪切控制”三阶段变化;隧道变形模式进入“剪切控制”阶段的过程中,抗弯刚度的变化对隧道内力影响逐渐降低;接头系数的增长将造成隧道所受弯矩降低,但隧道抗弯刚度较大时其影响逐渐减弱。 展开更多
关键词 盾构隧道 截面协调变形 接头刚度削弱 隧道剪切变形 TIMOSHENKO梁 Fourier能量变分
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