顶管上穿施工对既有地铁隧道的影响

以杭州市某污水管道顶管施工上穿既有地铁隧道为背景,利用FLAC3D模拟顶管施工过程,将模拟结果与实测数据进行对比,验证了模型的合理性.通过改变顶管管径、管材及地铁隧道周围土体的特性,分析了不同工况下顶管上穿施工对既有地铁隧道的位移影响.研究结果表明,顶管上穿施工对既有地铁隧道所产生的最大位量均位移于顶管轴线下方的地铁截面处,离顶管轴线越远,变形越小;地铁盾构隧道的变形随顶管的管径的增大而增大,而且对竖直方向位移的影响远大于对水平方向位移的影响;管材的弹性模量越小,地铁隧道的变形越大;地铁隧道周围土体弹性模量越小,顶管施工对隧道位移的影响越大.     

矩形顶管掘进地层变形规律数值模拟研究

矩形顶管具有高利用率、扰动小、造价低等优点,被广泛应用于浅埋地下工程施工中。但目前的研究多利用力的控制,不能够对地表沉降进行准确预测。基于此,依托苏州某矩形顶管项目,采用等代层模拟地层损失,位移控制法实现顶管动态顶进,建立矩形顶管三维动态数值模型,研究顶管施工对地表横向和纵向变形的影响规律。在此基础上,进一步研究摩擦系数、内摩擦角以及粘聚力等敏感性参数对地表变形的影响规律。并结合工程实测数据,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明：顶管掘进过程中掌子面前方土体隆起,后方沉降,顶管施工完成后地表横向呈现整体沉降,沿中轴线对称分布,地表变形与摩擦力成正比,与土体内摩擦角、粘聚力成反比。     

软土地区钢顶管施工引起的地表变形规律

为研究软土地区钢顶管施工引起的地表变形规律,以东莞某输水工程为背景,分别采用预测公式、数值模拟和现场监测的方法对顶进过程中引起的地表变形进行了计算和监测,以期得到顶进过程中纵、横方向的地表变形规律。首先推导出了基于顶进间隙的地表变形预测公式并计算出顶管施工可能产生的最大竖向位移为14.1 mm,此变形量在规范允许路面沉降范围内(≤20.0 mm),无须进行土体加固等措施;然后采用数值模拟的方法建立有限元模型对顶进导致的地表变形进行了计算,并就减轻地表变形的方法进行了讨论;最后与现场监测的结果进行了对比分析。结果表明：3种方法得到的变形曲线形状除了顶管轴线处地表峰值位移(数值模拟数值为13.7 mm,现场监测为15.2 mm)有稍许差异外,整体基本一致;顶管顶进时,横向监测断面的沉降槽呈“V”形,最大沉降值在顶管中心轴线处,随着距离中心轴线越远,沉降值越小,最后趋于0;纵向监测断面呈倒“S”形,大致可分为顶进前土体的隆起,顶进中土体的沉降,顶进后土体轻微回隆,顶进后土体稳定4个阶段;在顶管施工前可以对地表变形进行预测和数值模拟计算,结合预测和模拟计算的结果,通过合理的设置顶推力、注浆压力...     

地表沉降的双洞体叠加peck公式及数值分析

为解决地下隧道开挖引起地表沉降,结合广州某采用盾构推进形式地铁隧道实例,运用常规理论计算法与数值模拟方法计算地表沉降,研究地表变形特性。结果表明:双孔平行隧道开挖中地层损失是引起的地表沉降的主要因素;土体位移的叠加原理适用,地表沉降槽以两隧道中间位置为轴线基本对称分布在其两侧;地层损失率控制在1.5%~2%时,理论值较为接近模拟计算值。     

盾构穿越既有铁路的地表沉降分析

以天津地铁3号线铁东路站～北站盾构区间隧道为背景,通过现场实测和数值模拟的方法,对盾构施工穿越既有铁路引起的地表沉降规律进行了研究。现场实测数据表明:沿隧道轴线方向不同位置的地表位移变化较大,对于双线隧道施工,后建隧道对先建隧道的土体扰动影响较大。结合现场监测数据及各项施工参数设置,采用ANSYS有限元分析软件对隧道下穿既有铁路的施工过程进行了数值模拟。在此基础上,通过模拟与实测数据的对比分析,总结了盾构隧道施工引起的既有铁路纵向和横向地表沉降规律,为类似工程的设计和施工提供参考依据。     

地形不对称条件下盾构隧道掘进施工的地表沉降特性

为解决盾构隧道掘进施工的地层扰动效应及其周边环境影响问题，依托福州地铁5号线农洪区间隧道工程，考虑刀盘顶推力、刀盘摩阻力、盾壳摩擦力和同步注浆压力，对其掘进施工过程展开精细化数值模拟，并与实测地表沉降结果进行对比分析.进一步地，引入宽度修正系数α,提出沿江不对称地形条件下的修正Peck公式；同时开展16种不同地形条件下的数值模拟，探讨岸坡距离与拱顶埋深对地表沉降特性的影响.结果表明：最大地表沉降S_max和宽度修正系数α,均随着岸坡距离和拱顶埋深的增大，呈近似线性的负相关趋势.上述研究可为类似条件下的盾构隧道施工提供借鉴.     

隧道掘进对近接垂直交叉隧道的三维有限元分析

为研究隧道施工顺序对隧道开挖的影响,采用三维有限元分析方法模拟某垂直穿越隧道的开挖过程.基于砂土的亚塑性本构模型并考虑土体的小应变刚度,分析施工顺序对垂直交叉隧道的影响,研究对既有隧道附近土体的应力传递机制.研究结果表明:与无既有隧道工况相比,既有隧道的存在使得最大沉降量降低14％;新建隧道在既有隧道上方时,地表沉降较大,但影响范围小,当掌子面接近既有隧道中心线时,既有隧道的应力由拱顶传递至拱肩;当掌子面距离既有隧道中心线后方3D和前方6D之间时,应力释放对既有隧道的影响显著;新建隧道在既有隧道下方时,既有隧道产生的变形和弯矩更大;在垂直交叉隧道施工中,应充分考虑施工顺序对地表沉降、既有隧道的影响.     

顶管施工模型试验系统研发与应用

针对顶管施工产生的施工扰动问题和现有模型试验设备的不足,研发对管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率能进行精确控制的室内顶管模型试验系统,并以海口给排水管网改扩建工程为背景,通过管线预埋的方式研究近间距顶管顶进对既有管道和地表竖向变形的影响.研究结果表明:研发的室内模型试验系统可以精确控制管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率,试验系统得到的数据正确可靠;顶管顶进时会对既有管道产生附加应力,但附加应力远小于围岩应力,实际现场中无需考虑附加应力对管片承载的影响;现场顶进施工需对机头的切削速率和顶进速率进行协同调控,且严格控制出土速率,从而实现对地表竖向变形的有效控制.可为今后现场平行顶管施工提供有效指导.     

考虑残余顶推力作用时盾构下穿引起既有顶管管廊变形

针对隧道开挖引起上覆既有顶管管廊变形的工况,提出了一种可考虑顶管管廊残余顶推力的管廊竖向变形理论计算方法。第一阶段采用修正Loganathan公式解得隧道开挖引起周围土体的自由位移,把土体自由位移附加在既有管廊轴线上,第二阶段将既有管廊简化成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Pasternak地基模型上,同时考虑管廊轴力对其变形响应的影响,随后根据管廊两端自由的约束条件提出了隧道开挖引起既有管廊受力变形半解析解。研究结果表明：与某工程实测数据验证对比,本文方法计算结果与实测较为符合;与本文方法退化解析比较,本文方法预测结果更具有优越性。进一步参数得到如下结论：地层损失率的增大会使得既有管廊位移及其内力呈现线性增大的趋势;随着管廊直径的增大,既有管廊位移和弯矩会迅速增大,其增速也在不断增大;随着隧道开挖轴线埋深的增加,既有管廊位移和内力均会大幅度减小。     

浅埋偏压小净距隧道围岩变形影响因素数值模拟研究

通过有限元数值模拟软件模拟了浅埋偏压小净距隧道在不同间距和不同埋深条件下的开挖,研究了隧道间距和埋深对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道的最大变形出现在拱顶,但并不在拱顶的正中间,而是中间偏右侧;右侧隧道的拱顶、拱底和侧墙等部位的位移均比左侧隧道的大;随着隧道间距的增大,地表沉降值不断减小,而拱顶下沉累计沉降量先减小后增大;随着隧道埋深的增大,拱顶沉降量增大,地表沉降累计值减小。     

沈阳地铁隧道开挖蠕变效应

为了预测沈阳地铁一号线在将来运营中的长期稳定性,采用FLAC数值模拟的方法,选取有代表性的青怀区间隧道,进行了沈阳地铁隧道长期蠕变效应数值分析。结果表明:就10年后隧道周边位移分布情形来看,拱顶的蠕变效应最大,其次依次为拱脚→底板→墙腰,说明拱顶处应作为长期蠕变分析时的重点,同时证实了地表蠕变效应最大的结论,体现了地铁浅埋隧道的变形特征;从分析点的位移-时间和位移速率-时间曲线,得出了隧道围岩属于稳定蠕变的结论,预测地铁隧道在今后运营过程中将处于长期稳定状态。该成果可为即将投入运营的沈阳地铁工程提供重要参考。     

双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律研究

采用数值分析方法,研究了双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律。研究表明:顶管隧道施工引起的地层移动主要是由于地层损失引起的。地层移动主要是垂向位移,其水平位移很小,可忽略不计。在垂直顶管走向上,地面沉降呈以顶管轴线为对称轴且开口向上的抛物线形状,其最大值发生在顶管正上方。在顶管施工过程中,先行施工的下层顶管引起的沉降约占总沉降量的80%;当上层顶管位置不变时,总沉降量随着下层顶管埋深的增大而线性增大;当顶管间距逐渐增大时,上层顶管开挖引起的沉降量与总沉降量之比逐渐减小,下层顶管引起的沉降量与总沉降量之比逐渐增大,下层顶管对上层顶管影响逐渐减弱。     

砂卵石地层冻结施工冻胀效应及其对既有隧道的影响分析

人工地层冻结法的实施会引起地层的冻胀,为了探究富水砂卵石地层冻胀特性及其对既有结构的扰动,本文首先阐述了土体冻胀的本质和温度与结构应力应变之间的关系,并依托洛阳轨道交通1号线塔湾站~史家湾站区间联络通道工程建立三维热力耦合数值模型,对砂卵石地层冻结期间的地层冻胀变化和既有隧道变形受力进行了数值计算分析。计算结果表明：(1)冻结管降温使得冻结管周围地层中的水分冻结,土体体积膨胀,进而使联络通道设计位置上方地表出现隆起,且距联络通道中心的水平距离越近,隆起变形值就越大;(2)地层的冻胀对既有双线隧道造成扰动,隧道结构变形主要表现为拱顶隆起、拱底下沉、靠近联络通道一侧的拱腰向隧道内侧产生横向变形,同时联络通道设计开口位置附近的管片结构出现应力集中现象;(3)在整个冻结过程中,冻结前期设计加固区域地层的降温速率和低温扩散速率较快,地层冻胀效应变化显著,而到冻结后期受冻结范围影响地层冻胀变形和既有隧道变形的增幅均有所减小。     

类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解,考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响,推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式,将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型,对比本文计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高,验证了本文计算方法的正确性;随着类矩形盾构隧道掘进,邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大,在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定;邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小,沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

深基坑开挖时隔离桩位置对邻近既有地铁隧道的变形分析

深基坑开挖时周围土体的卸荷作用将引起邻近既有地铁隧道的变形,对其正常使用产生影响,隔离桩的位置控制隧道变形的效果值得研究。基于杭州市某房建地下室基坑工程采用隔离桩保护邻近既有地铁隧道的工程案例,采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,建立二维模型对隔离桩在不同位置条件下隧道的变形进行了分析。研究结果表明:基坑开挖最终引起隧道下沉约3.1 mm,隧道向靠近基坑方向水平位移约1.7 mm,数值模拟计算结果与现场实测数据的相关规律吻合;隔离桩距离隧道越近,基坑开挖对既有地铁隧道变形的影响越小。     

真实复杂地层大直径钢顶管三维数值模拟研究

为了揭示地表沉降与管周土体扰动沿顶进方向的真实变化规律,本文提出了真实复杂地层三维数值建模方法。依托某市北线引水工程隐患整改顶管工程项目,采用FLAC3D分析平台开展了真实复杂地层和简化均匀地层条件下的大直径钢顶管施工数值模拟研究。模拟结果及现场地表沉降实测结果对比表明：基于真实复杂地层模型的模拟结果与现场沉降监测结果吻合较好,能够准确反映地表沉降沿纵向的变化规律,而简化地层模型模拟结果与监测值差距较大。扰动分析表明顶管施工时会引起其上方地层的沉降变形和下方地层的抬升变形,其变形值大小与地层土体性质和分布有关。顶管上覆土体横向位移基本朝向顶管轴线,其变形受土体空间分布的影响较小,但顶管下部土体的横向变形受土体空间变化影响较大。地表沉降的横向影响范围为?5.3D（D为顶管直径）,且受土层分布影响较小,但地表沉降值受地层分布影响较大。     

盾构施工对地表沉降的数值模拟分析

以合肥地铁3号线某区间隧道为工程背景,运用有限元数值模拟软件MADAS/GTS建立三维隧道施工的数值模型,计算隧道施工过程中引起的地表沉降。分析盾构施工在不同掘进距离条件下地表沉降的变形规律。模拟结果表明:在拱顶位置地表产生沉降最的大竖向位移。隧道下部围岩的最大隆起发生在拱底处;地表横向沉降范围随着开挖面的推进而不断加大,盾构施工的横向影响范围为隧道直径D的3倍。盾构施工造成的隧道下部围岩横向沉降影响范围约为洞径的2倍。     

砂土隧道开挖引起的地表及深层土体变形研究

城市地铁线路网络渐趋密集,经常出现隧道近接既有建、构筑物施工的情况,变形控制要求严格,故精细预测隧道施工引起的地表及深层土体变形尤为必要.相较于黏土地层,砂土地层中隧道开挖引起的地表及深层土体变形十分复杂,具体表现为:隧道开挖过程中,地表以下土体的体积将随隧道土体损失率V_t的改变而发生改变,之前所提出的土体变形模式均不能很好地解释砂土中隧道开挖引起的土体体积变化行为.以之前的砂土隧道模型试验为研究对象,建立数值模型,对试验过程中地表以下土体的体积响应进行分析.研究发现,隧道开挖时,隧道周围土体的体积响应与应力路径密切相关,不同应力路径下的土体体积响应有所不同.数值结果表明,根据不同位置处应力路径特点,地表以下土体可被分成4个特征区域,地表及地表以下不同深度位置处获得的土体损失率(V_s和V_(sub))与隧道土体损失率V_t之间的差异均可通过4个特征区域的土体体积变化来解释.     

暗挖隧道施工对既有地铁车站的影响与控制分析

针对暗挖隧道施工过程中对既有地铁车站的影响,笔者结合实际隧道暗挖工程模拟其施工全过程。结果显示:呈现狭长特性的隧道,其基坑周围地表的最大竖向位移出现在隧道南、北两侧且呈对称分布;基坑地表变形最严重的一层其沉降曲线呈现明显的"凹陷状";随着开挖深度的逐渐增加,隧道北侧地表竖向位移的增加值与其呈现非线性的变化趋势。结论:暗挖隧道施工对于既有地铁车站的影响很小。     

基坑开挖对临近既有地铁隧道影响分析

为研究基坑开挖对临近既有地铁隧道结构的影响,以济南历下医养结合中心项目近接地铁R3线施工为工程背景,开展风险判定并采用 FLAC3D 进行大型三维数值模拟研究。结果显示：基坑外部作业对地铁隧道的影响等级为二级;隧道开挖引起地表沉降模拟结果与实测数据基本吻合,数值模拟结果较可靠;基坑开挖引起左线隧道竖向位移最大-2.27mm、水平位移最大4.59mm,右线隧道竖向位移最大-3.0mm、水平位移最大5.19mm,左线隧道轨道竖向位移最大-2.27mm、轨向高差最大0.528mm,右线隧道轨道竖向位移最大-3.0mm、轨向高差最大0.763mm,均出现在B基坑西侧;基坑开挖引起径向附加压力很小,在10~20kPa范围内。总体上基坑开挖对隧道结构造成的影响均小于规范限值。