盾构隧道衬砌结构小角度斜穿地裂缝的破坏机理

从西安地铁1 #线工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的物理模型试验管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明:盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的变形破坏模式为剪切变形为主,局部有扭转变形;结构破坏范围为上盘1.25D,下盘0.75D(D为管片环外径);管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱底位错量大于拱顶和拱腰,拱底最大位错量达40 mm(0.033D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.1667 D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境     

地铁盾构隧道30°斜穿地裂缝的物理模拟试验

为了研究30°斜穿地裂缝的盾构隧道管片衬砌结构在地裂缝影响下的变形破坏模式和影响规律,从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构模型试验的相似常数,对模型混凝土、模型钢筋、结构围岩、模型管片及其连接螺栓参数等进行了设计.该结构模型试验能对结构钢筋、混凝土进行应变测量,对结构接触土压力和结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形等进行观测.借助地基沉降试验平台,通过自锁式千斤顶的缓慢下降,实现对地裂缝上盘相对下降的模拟,地裂缝的活动速率和错动量通过工控机控制自锁式千斤顶的运行速率和行程来实现.试验结果表明:该试验设计满足地裂缝活动下30°斜交盾构隧道管片衬砌结构变形破坏模式和破坏范围研究的需要,能实现模型试验目标;地基沉降试验平台能较好地模拟地裂缝的活动.     

45°倾角正断层粘滑错动对隧道影响试验分析

通过1∶50室内模型试验,模拟了45°倾角正断层粘滑错动下,与之正交的隧道结构的受力变形破坏过程,并布置传感器监测了隧道顶部和底部的围岩压力、隧道轴向的应变和隧道环向的应变.结果表明,围岩压力在剪切带附近发生显著变化,上盘和剪切带范围内拱顶压力显著增大,下盘拱顶压力次之,上盘和剪切带隧道底部压力减小,下盘底部压力显著增大,隧道与下部围岩可能局部脱空以适应断层的剪切位移;上盘和剪切带范围内隧道纵向弯矩为正,下盘范围内为负,隧道偏心受压;以原型混凝土压坏来判定衬砌破坏,初步确定原型结构破坏所容许的最大断层位移D=0.7m,理论上该值略偏大;隧道衬砌破坏区域长度,在剪切带和下盘范围分别为1.7和2.8倍隧道宽度.     

不均匀沉降下隧道与土体相互作用模型位移分析

文章以城市轨道交通及市政管道建设为研究背景,通过数值模拟对穿越不均匀沉降区域的马蹄形截面隧道与土体的相互作用进行了分析,得出研究试验模型。模型中把不均匀沉降区域分成上下盘,模型中考虑上下盘相对错位移动,模拟实际工程中的不均匀沉降。研究结果表明,随着上下盘位错量的增加,上下盘接触部位受影响的土体范围内,标志点逐渐增大,与隧道顶部接触土体的竖向位移也逐渐变大;上盘错降过程中,下盘隧道顶部沉降变形最大,上盘最小;隧道衬砌结构的变形区域出现在预设缝两侧,并且随着竖向位错的增大而增大。     

浅埋暗挖黄土隧道地层及围岩力学特性变化规律

以新建蒙华铁路运煤通道青化砭隧道为依托,埋设地层变位和围岩应力测试元件,对开挖时黄土地区大跨径浅埋隧道的地层及围岩力学特性变化规律进行了研究。结果表明：拱顶沉降和水平收敛变形可分为均匀变形阶段和稳定变形阶段,竖向地层沉降随埋深的增大先增大后减小;当工作面稳定时,横截面方向和轴线方向的水平位移超前影响距离分别为8m、15m。滞后和超前开挖时,周围土体横截面方向和轴向水平位移分别向隧道内侧和背离隧道方向发展;初期支护施做后,衬砌应力重新分布,仰拱压力增大,而左右拱腰压力不变。所得结论可为黄土地区浅埋暗挖大跨度隧道的设计和施工提供参考。     

穿越地裂缝带地铁隧道结构应力预测方法研究

西安地处国内地裂缝发育最强烈的汾渭盆地,地裂缝的活动性会造成地铁隧道结构扭曲及衬砌面开裂并影响地铁的施工及安全运营.采用特殊材料制作几何相似比常数为1∶20的地裂缝与地铁隧道结构相互作用的隧道模型,通过对隧道模型结构应力监测数据与应力预测值进行对比分析揭示了地裂缝位错作用下隧道的变形破坏规律,并建立了地铁隧道结构应力的预测模型.试验结果表明:随着地裂缝位错量的增加,位于隧道结构上部的地裂缝上盘压力增加、下盘压力减小,位于隧道结构下部的上盘压力迅速减小、下盘压力持续增加;位于地裂缝下盘的隧道结构上部整体受拉而下部整体受压,位于地裂缝上盘的隧道结构上部先受压后受拉;位于地裂缝下盘的隧道结构沿纵向发生向下的弯曲变形致使其环向应变表现为拱底受压而拱顶和左右两拱腰均受拉的受力特点;指数平滑法对初始观测值的要求低且受异常值影响小可作为隧道结构应力预测的首选方法,当应力值达到预警值时进行报警采取适当的加固措施可保证地铁隧道的正常施工与安全运营.     

隧道衬砌变形引起的地层位移规律探讨

采用数值分析方法研究了隧道衬砌在土水压力的作用下,断面所产生的椭圆化变形引起的地层位移规律,并基于随机介质理论,给出了计算隧道椭圆化变形引起地层位移的方法。通过实例计算对所建议的方法给予了说明,指出衬砌受压变形造成的地层位移是地表沉降槽曲线偏离高斯分布规律的重要原因之一。     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

盾构施工对黄土地层的扰动及管片衬砌受荷特征

为探明黄土地层中地铁盾构隧道施工对地层的扰动以及管片衬砌结构承受荷载的特征,依托西安地铁2号线穿越黄土地层盾构隧道工程,采用颗粒离散元方法从细观层面对盾构施工引起的地层应力变化及开挖面失稳形态进行模拟分析,同时对实际作用在管片衬砌结构上的土压力和主体结构内力(轴力、弯矩)进行现场动态跟踪测试,分析盾构动态施工过程及后期稳定后的土压力对管片衬砌结构受力的影响.研究结果表明:临空面的产生导致隧道拱顶及两侧部分水平应力和垂直应力发生显著变化.管片衬砌结构内力受施工参数影响明显,尤其是千斤顶推力和注浆压力.     

近距离矿山法隧道施工过程的三维数值模拟

采用FLAC3D有限元程序对某矿山法隧道工程近距离施工过程进行了三维数值模拟,分析了隧道施工对围岩地层的影响,揭示了后建隧道对先建隧道结构应力和位移的影响规律.后建隧道不仅使先建隧道围岩地层继续发生沉降变形,还造成先建隧道的衬砌变形、压应力和拉应力不断增加,影响到其安全性和稳定性.     

软土地区基坑支护中地表沉降的实用评估方法

根据软土地区深基坑的经验公式，推导出深基坑开挖中由支护结构变形引起地表沉降的估算公式，提出了按正态分布密度函数拟合基坑周围地表沉降曲线的方法，结合工程实例，与现场实测值作对比分析，说明该方法具有一定的实用性和可行性。     

下庄铜矿爆破施工对临近丙汉河隧道的安全影响

通过FLAC3D计算软件,对下庄铜矿爆破时临近隧道衬砌和铁轨的位移、应力和安全系数进行了分析.结果表明,铜矿爆破施工后,衬砌最大水平位移为4.07 mm,最大水平收敛为0.08 mm,最大沉降为4.23 mm,铁轨最大横向位移为3.46 mm,最大沉降为3.48 mm,均符合位移控制标准;衬砌与铁轨的最大主应力、最小主应力、剪应力增加量均较小;衬砌最小安全系数为4.49,符合规范要求.     

围岩流变特性对隧道二衬支护时机的影响

为了研究岩体流变特性情况下隧道二衬的支护时机,首先推导了在考虑围岩流变特性时,衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式;然后以广梧高速公路茶林顶隧道岩体为工程背景,探讨了考虑岩体流变情况下,隧道二衬支护时机的确定方法,并对比了围岩拱顶下沉实测值和理论计算值。结果表明：(1) 理论分析所建立的衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式中均包含了时间参数,可确定达到不同衬砌抗力、位移及围岩位移所需要的时间;(2) 围岩拱顶下沉实测值和理论计算值表现出相同的发展规律,验证了所建立方法的正确性。     

地铁车站小直径管幕工法开挖变形规律

沈阳地铁市府大路站是采用小直径管幕工法施工的地铁暗挖车站.通过有限差分软件FLAC^3D建立车站结构-地层三维模型,分析总结了小直径管幕工法动态开挖过程引起的地层及主体结构的位移变形规律.结果表明:小直径管幕工法开挖过程引起的地表沉降具有明显的阶段性,沉降槽形态在群洞效应和管幕预支护作用的影响下变化频繁,横导洞间土体开挖阶段引起的地表沉降占到了最终沉降的50.54%,该阶段是地表沉降控制的关键阶段;管幕-梁-桩-柱施工完成后,主体结构变形表现出良好的协同作用,横梁竖向变形表现为车站两端小中间大,边桩及中柱的水平位移在负二层施工期间增长显著,占到了水平位移最大值的47.1%和55.8%,该阶段是控制主体结构变形的关键阶段.     

黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律

为了研究黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律,采用渗流-应力耦合三维非线性有限元方法,系统分析了西安地铁某区间隧道衬背空洞注浆病害治理过程中隧道结构体系变形规律,并与实测位移成果进行对比分析、相互印证。实测结果表明,注浆过程中,地表累计沉降值为31mm,累计隆起值为5mm;管片累计横向位移值为45mm,上浮量达55mm,最终导致了管片破损和位移。耦合数值分析表明,地表累计沉降值为41mm,累计隆起值为62mm;管片累计竖向位移值为65mm,累计收敛峰值为47mm。基于渗流-应力耦合改变地下水位的方法计算得到的管片竖向位移和收敛结果与实测结果吻合良好,由于未考虑渗流过程中水流携带泥沙侵蚀空洞的复杂因素,地表沉降值与实测值相差较大,但变化趋势基本一致。     

天津地铁6号线车站深基坑开挖下围护结构及墙后地表变形特性分析

依托天津地铁6号线金钟街站深基坑工程,采用FLAC3D对基坑开挖及支护全过程进行数值模拟,并对其关键影响因素及墙后地表和地连墙变形的相关性进行系统分析.研究结果表明:随着基坑开挖深度的增加,开挖深度对变形的影响增大,地连墙最大侧移位置不断下移,地表最大沉降点位置逐渐远离基坑边缘;地连墙侧移、地表沉降随基坑长宽比的增加有增大的趋势,但最终数值趋于平缓;基坑插入比对基坑变形控制作用较小,而地连墙厚度对基坑变形控制作用明显;随着支撑刚度的增加,地连墙侧移、墙后地表沉降呈现减小的趋势,但支撑刚度过大不会达到预想的控制变形的效果.最终得到墙后地表最大沉降与墙体最大侧移的比值为1.15,但墙后地表沉降包络面积与墙体侧移包络面积的比值为1.82.     

近断层地震下城市隧道动力响应与衬砌选型

为掌握不同形式隧道结构在近断层地震下动力响应特性,同时给隧道衬砌选型提供依据。以乌鲁木齐轨道交通2号线穿越九家湾近断层为背景,通过建立马蹄形和箱型曲拱隧道结构的三维动力分析模型,施加人工合成的地震波,对比两种结构形式在近断层地震作用下位移、速度、应力响应特性及安全储备,明确其动力响应特性。结果表明：两种衬砌结构在近断层地震作用下均保持完整,但箱型曲拱结构速度峰值及位移幅值略大;地震作用下隧道衬砌结构各部位速度响应基本一致,且主要取决于地震动特性;对于穿越断层破碎带的衬砌结构,其地震作用下的应力响应明显增加,破碎围岩对地震动效应有放大作用;两种衬砌形式在地震作用下的安全性能均满足要求,实际工程中应结合适应性条件合理选用。     

深基坑十字交叉换乘既有地铁车站变形特性分析

基于新建天津地铁5号线与既有地铁1号线十字换乘车站——下瓦房站的现场实测数据,研究深基坑开挖与既有车站十字相交时,基坑围护结构、墙后地表和既有车站的变形规律.研究结果表明:围护结构最大水平位移约0.064%H(H为基坑开挖深度),位于地表下约0.63 H.墙后地表最大沉降约0.025%H,位于墙后约0.71 H,沉降槽影响范围约为2 H.墙后地表最大沉降与围护结构最大水平位移的比值介于0.38~1.04之间,平均约为0.77.与基坑开挖方向交叉的既有地铁车站竖向上浮,水平方向外凸,以水平变形为主.既有车站周围止水加固和加固墙后软弱土层可显著减小既有结构变形.     

高速铁路湿陷性黄土桩筏复合地基沉降控制效应

为研究和分析高速铁路荷载作用下刚性桩桩筏复合地基控制湿陷性黄土地基沉降的效应,采用离心模型试验的方法对不同桩间距设置条件下的刚性桩桩筏复合地基进行了模拟试验.试验研究表明:湿陷性黄土地基无法满足高速铁路轨道结构对路基工后沉降的要求,需要加固处理.随着桩间距由2倍增至6倍桩径,地基总沉降量及工后沉降量显著增大且变化速率较大,桩间土对桩体的负摩阻力增大.桩间土与桩体相对位移中性点位置随着桩间距的增大而显著降低,工后阶段中性点位置变化趋势为逐步上升并趋于稳定.工后阶段筏板与桩体相对位移量呈减少并趋于稳定的趋势.差异沉降主要发生在施工阶段,桩筏复合地基工后阶段控制沉降及差异沉降的能力较好.