新建盾构隧道下穿既有隧道剪切错台变形计算

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道正交下穿对上方既有地铁盾构隧道的影响.考虑新建隧道下穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力以及注浆附加压力在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有地铁盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量、环间剪切力值以及这三者随着新建隧道掘进的三维变化过程.研究结果表明:用剪切错台模型和最小势能原理计算得到的既有盾构隧道竖向位移值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定.     

地面堆载引起下卧盾构隧道剪切错台变形计算研究

采用Boussinesq公式求解得到地面堆载工况下隧道轴线处的土体附加应力;基于剪切错台模型,运用最小势能原理计算得到下卧地铁盾构隧道的纵向位移以及相邻盾构衬砌环之间的错台量和环间剪切力。通过算例分析,研究堆载面荷载q、堆载偏移距离s、隧道上部覆土厚度h以及堆载尺寸B和L对隧道纵向位移的影响。研究结果表明:q越大,盾构隧道的沉降量就越大,但隧道沉降影响范围并没有增大;随着s增大,隧道沉降量越来越小且沉降量减小的速率加快,隧道的水平位移则先增大后减小;随着h增加,隧道最大沉降减小,同时隧道沉降影响范围加大;B的改变对隧道竖向位移影响非常小,L的改变对隧道沉降量及范围的影响较大;隧道的竖向位移要明显大于隧道的水平位移。     

盾构施工时桩身参数对侧桩位移的影响

针对苏州轻轨1号线盾构隧道的施工情况,采用三维有限元数值模型,研究盾构施工对不同刚度及边长桩基的影响.结果表明:当盾构施工时,不同刚度桩身均偏向隧道移动,隧道轴线处的横向位移均最大.桩身横向位移最大值、竖向位移均随桩身刚度增大而变小,而且桩顶的竖向位移均大于桩底的竖向位移;当桩身弹性模量大于10GPa时,桩身竖向沉降减小不明显.随着桩身边长的逐渐增大,盾构施工引起的桩身最大横向位移、竖向位移、桩顶与桩底的竖向位移差均逐渐减小.盾构施工时应当监控桩基隧道轴线处横向位移及竖向沉降.     

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。     

基坑开挖引起下卧盾构隧道转动与错台变形计算

引入可综合考虑盾构隧道管片环转动和错台2种变形效应的协同变形模型,采用Mindlin解求得基坑开挖引起下卧盾构隧道的附加荷载,结合最小势能原理建立盾构隧道纵向位移变分控制方程。推导出隧道的纵向位移、环间转角、环间错台量和剪切力的计算公式。根据3组典型工程实例进行计算分析。研究结果表明:采用综合考虑管片环错台和转动协同变形的模型时,计算结果与实测值更吻合,更能反映实际此类工程中盾构隧道的变形模式和变形规律;盾构隧道相邻管片环间错台量、环间转角以及相邻管片环间剪切力的最大值都发生在上方基坑开挖区域的边缘外侧;实际工程中,上方基坑开挖引起的隧道纵向变形主要是以错台变形为主,占变形量的70%～90%,以刚体转动变形为辅,占变形量的10%～30%。     

Pasternak地基中盾构隧道穿越引起地下管线竖向位移

采用统一土体移动模型三维解计算盾构施工引起的地下管线平面处土体竖向位移,并基于Pasternak地基模型对地下管线受力模型进行简化,建立单线、双线盾构隧道开挖引起的地下管线三维竖向位移计算公式。将计算结果与实测值进行对比;并探讨了管线材质、管线埋深以及土体损失率改变对管线竖向位移的影响。研究结果表明:计算结果与实测值比较吻合,可以计算单线和双线盾构开挖工况;双线隧道开挖引起的管线竖向位移大于单线隧道引起的管线竖向位移;管线材质和管线埋深的改变对管线最大竖向位移的影响较小,管线最大竖向位移随抗弯刚度增大而减小,随埋深增大而增大;土体损失率的改变对管线最大竖向位移的影响较大,土体损失率越大管线最大竖向位移也越大。     

双线盾构隧道下穿机场高速沉降及变形规律

为了研究双线盾构隧道近距离下穿既有高速公路时,对高速公路路面和路堑边坡稳定性的影响,论证盾构下穿工法的可行性,以西安北客站—西安咸阳国际机场城际轨道项目盾构隧道下穿机场高速公路施工为研究对象,对高速公路路堑边坡、路面及隧道结构的变形规律进行研究。采用叠加的Peck公式计算了双线盾构隧道下穿引起地表沉降的规律,引入《地铁设计规范》(GB 50157—2013)(下文简称规范)中地铁隧道衬砌结构径向直径变形率的概念,对隧道水平和竖向的直径变形率进行计算,进一步通过有限差分软件FLAC3D对双线盾构隧道下穿施工过程进行三维数值模拟,分别研究高速公路路堑边坡、路面及隧道结构的变形规律。研究结果表明:路面最大沉降出现在右线掘进至机场高速公路正下方时的南侧坡脚,其值为6.2 mm;边坡的最大沉降为7 mm,出现在双线盾构隧道中间的正上方;双线盾构隧道贯通后,结构的最大竖向位移和最大水平位移分别为14.86、12.25 mm,隧道衬砌结构的水平和竖向直径变形率分别为0.20%、0.24%,两者较接近且满足规范要求。根据机场高速公路路面的位移控制限值,此次盾构施工法满足路面的变形要求,所得的计算结果为该区间的盾构隧道施工提供了参考,亦可对类似的近接工程施工起到借鉴作用。     

油缸顶升位移不同步对整体钢平台性能的影响

液压同步顶升系统对整体钢平台爬升工作状态下的安全性和稳定性至关重要。通过建立爬升工作状态下整体钢平台的有限元分析模型,对液压油缸顶升位移不同步给整个钢平台模架结构体系带来的影响进行了计算分析。针对两种不同荷载工况下,整体钢平台模架体系的两种代表性单筒发生油缸顶升位移不同步的情况,分别建立多个算例,得到整体钢平台的最大竖向及水平变形、最大应力和各位置油缸顶升力。结果表明:随着不同步顶升位移差值的增大,整体钢平台的最大竖向变形、水平变形和最大应力变化不大,目标油缸顶升力随不同步位移差值的增大呈明显的线性变化,其相邻油缸顶升力则线性减小。研究建议:在整体钢平台爬升工作状态下,严格监控危险位置的油缸顶升位移,保证任意两油缸的顶升位移差值不超过文中建议的阈值。     

基于FLAC3D的砂质淤泥质土层地铁施工影响因素分析

为分析叠交地铁施工中既有隧道变形的影响因素,依托苏州市轨道交通S1线工程S1-TS-05标段,针对在砂质淤泥质土层中盾构上穿施工导致的既有隧道的沉降与变形,采用数值模拟方法分析隧道几何参数、空间位置、地层参数等因素对既有隧道的影响,结合现场监测验证数值计算的准确性。研究结果表明：在砂质淤泥质土层盾构上穿施工中,既有隧道的位移和管片变形以竖向沉降为主,且沉降量随着盾构直径的增大而增大,随着覆土层厚度、新旧隧道净距、下穿角度,以及地层弹性模量的增大而减小。现场监测数据与模拟结果较为吻合,既有隧道位移与距叠交中心距离呈负相关关系。研究结论可为同类型地层条件下叠交地铁隧道盾构施工变形控制提供参考。     

盾构近距穿越桥梁施工对地表及桥梁桩基的影响

结合某地铁区间隧道盾构施工近距穿越桥梁桩基的复杂条件,选取桥台与桥墩基础影响最大断面,对盾构施工引起地表沉降及桥梁桩基的变形、应力及内力进行三维数值模拟计算。结果表明:①双线隧道盾构推进引起地表最大沉降位于双线隧道中间某处,大于单线隧道引起的地表最大沉降,地表沉降随着两条隧道间距的减小而增加;②右线隧道盾构施工引起B0C0桥台桩基近隧道边桩产生的最大变形与内力均发生在距桩顶13 m处,最大横向挠曲变形、纵向挠曲变形分别为2. 0、4. 8 cm,边桩内力致使桥台桩基超出承载能力,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,严重影响桩基的安全;③双线隧道盾构施工引起B7C7桥墩桩基近隧道边桩桩顶处产生最大位移,最大横向水平位移、纵向水平位移分别为2. 6、5. 2 cm,右侧桥墩桩基承台产生的最大横向水平位移、竖向位移、纵向水平位移分别为3. 2、3. 4、4. 6 cm,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,倾斜值为0. 001 8,接近规范规定的允许值,盾构施工时须引起注意。基于上述分析结果,提出盾构近距推进时的施工监测及施工参数调整的建议。