黄土地区地铁隧道地层变形规律

地铁隧道的施工必然会对周围的岩土体产生扰动,岩土体的固结和次固结将使地层产生沉降变形,而地层中存在各式各样的地下管线,如果地层变形过大,将会危及这些管线的安全,如何确保地铁施工地下管线的安全是地铁施工的关键技术。研究黄土地区地铁隧道施工对周围邻近管线所处地层的变形影响规律的目的是在保证地铁隧道施工的同时,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。以西安地铁一号线地铁施工工程为研究背景,在分析Peck经验公式的基础上给出修正后的预测地层变形公式,在此基础上,研究距隧道轴线不同距离处的地层变形规律,以及不同地层损失率对地层变形的影响规律。采用预测公式对西安地铁一号线某区间段地下管线所处地层的变形进行预测,同时进行现场监测,通过预测与实测结果的对比验证该预测方法确实可行。在盾构施工前可对构筑物所处地层的变形进行预测,并可采取有效地加固措施以减小地铁施工对其影响。     

桩基施工对邻近顶管隧道的扰动影响

预制桩静压施工会对桩周土体产生一定的扰动,进而对邻近既有顶管电缆隧道产生影响.顶管电缆隧道对管节的偏转和变形要求十分严格,一旦变形过大就会产生严重影响.为了确保顶管电缆隧道的正常使用,通过数值方法计算了预制桩静压施工对邻近顶管电缆隧道的影响,通过K0固结不排水剪切试验确定了软土小应变范围的参数取值,分析了桩长、桩-隧间距以及桩基挤土量对于隧道变形的影响.参考相关规范,以5 mm和15 mm变形扰动值为依据分别划分了预制桩静压施工对隧道变形强、弱影响区,为既有顶管电缆隧道周围的桩基施工提供相应的参考.     

顶管施工隧道扰动区土体变形计算

针对目前已有顶管施工扰动区土体变形预计公式存在的缺陷,提出了一种新的扰动区土体变形计算方法.将顶管施工隧道周边岩土体看作一种随机介质,将隧道开挖(或挤压)所引起的土体移动看作一随机过程,应用随机介质理论,对顶管施工隧道开挖引起的扰动区土体的移动与变形进行分析,推导了相应的扰动区土体下沉(隆起)、倾斜、水平移动、水平变形及弯曲曲率计算公式,并编制了相应的计算程序.研究结果表明:该方法预计结果精度高;顶管施工引起的扰动区土体的变形较大,超出地表建筑物及地下管线的允许变形,在实际施工中应采取有效的防护措施.     

浅层顶管施工引起地面沉降的预测

在软土地层中顶管施工所引起的地面沉降常常会造成邻近建筑物和地下管线的移动甚至破坏。通过对土与顶管的受力及变形的分析，在施工前预测特定顶管工程可能引起的地面沉降的幅度及其形状。理论分析和现场实测显示，顶管施工时管节周围土的运动是三维的，建立了处理上述三维问题的简便计算方法。基于半解析元法将顶管施工中三维土运动问题转换成一维数值计算。在轴向离散而在环向和径向取解析函数，建立了半解析单元的位移函数，给出     

浅层顶管施工引起地面沉降的预测

在软土地层中顶管施工所引起的地面沉降常常会造成邻近建筑物和地下管线的移动甚至破坏－ 通过对土与顶管的受力及变形的分析,在施工前预测特定顶管工程可能引起的地面沉降的幅度及其形态－ 理论分析和现场实测显示,顶管施工时管节周围土的运动是三维的－ 建立了处理上述三维问题的简便计算方法－ 基于半解析元法将顶管施工中三维土运动问题转换成一维数值计算－ 在轴向离散而在环向和径向取解析函数,建立了半解析单元的位移函数－ 给出了包括位移函数、刚度矩阵和荷载矩阵在内的理论分析过程－ 计算结果表明,半解析元法对于计算顶管施工中的地面沉降是行之有效的方法－ 根据分析与计算结果得到一些有价值的结论,包括结构与土的相互作用而言,顶管管节相当于隧道的衬砌－ 虽然顶管施工引起的地面沉降的沉降槽也近似于误差曲线,由于土的粘塑性变形,地面沉降的幅度在施工过程中是变化的－     

盾构施工对地表及建筑物沉降影响分析

当盾构隧道下穿城市建筑物时,因隧道周边土体与建筑物间存在相互作用效应,盾构施工诱发的地面沉降必然与其穿越无建筑物的自由地层有所不同.为此,通过大型通用有限元软件ANSYS对无锡地铁1号线盾构区间部分风险点建立了三维有限元模型进行数值分析,并将计算结果和现场实测数据对比,揭示了盾构施工扰动对地层位移场以及建筑物隆沉的影响规律.     

南水北调中线磁县段污水管下穿公路顶管施工地表变形规律

顶管施工对地层变形的扰动成为影响周围建筑物安全和环境变化的重要因素之一.以南水北调中线磁县段砂砾石地层中污水管网顶管下穿和谐大道施工为例,对顶管施工扰动下地表沉降变形进行理论预测和现场试验研究,并基于现场实测结果对理论预测模型参数进行了优化修正研究结果表明:当地层体积损失率控制在6.9％以内时,磁县和谐大道附近地表沉降量满足相关规范安全要求;南水北调磁县段污水管网施工范围内地表最大沉降量位于2.5～4 nun,未突破安全阈值;针对类似工况条件提出了地层损失率和沉降槽宽度系数指数建议取值,分别为2.81％和0.425.相关研究成果为类似工况条件下地表变形预测研究提供借鉴.     

拟建隧道下穿热力顶管的现状评估

新建城市隧道通常要下穿某些正在使用中的管线,为降低隧道施工对管线使用的影响,结合隧道下穿热力顶管实际工程,提出一种现状评估思路:对拟建隧道下穿的既有管线检测,获取目前属性参数,利用结构力学理论和有限元方法计算分析其目前抗变形能力,并综合几何尺寸计算结果,得出管线沉降变形和差异变形控制指标,为隧道设计施工提供科学依据.     

软土地层双线隧道地表沉降计算公式修正

由于双线隧道存在复杂的耦合作用,盾构施工引起的地表沉降规律极为复杂,所以准确计算地表沉降较为困难。本文基于Peck公式和Chapman修正参数,考虑先行隧道的施工影响和双线隧道的相对位置关系,通过参数的经验量化,建立了双线隧道地表沉降的计算公式。此外,依托苏州市轨道交通S1号线工程,讨论公式在不同土层中的适用性及参数取值范围,在此基础上采用PLAXIS 3D有限元软件对双线隧道盾构施工进行了数值模拟。结果表明：在软土地层中进行盾构施工,应用本文修正公式计算得到的地表沉降值与数值模拟和现场实测结果均较为吻合。修正公式考虑了双线隧道的位置信息,可以定量反映隧道埋深和双线隧道间距对地表沉降的影响。该研究可为软土地区双线隧道盾构施工沉降计算提供参考。     

基于地质区划下地铁盾构引起的建筑物沉降预测

城市地铁盾构隧道掘进会造成邻近建筑物发生结构变形及沉降。由于不同建筑物所处位置各异,盾构隧道穿越土体的上覆土厚度、岩层组合、地下水埋深等情况不一,因此,建筑物沉降规律存在较大的差异。文中基于南宁市水文地质条件、岩层组合模型及工程结构特征等因素对地铁盾构施工区间线路进行地质分区。根据盾构隧道施工引起的建筑物沉降曲线基本符合高斯分布的特点,结合建筑物的基础埋深、刚度、与隧道的相对位置等因素,对地表沉降Peck公式的地层参数进行修正,得到不同地质分区建筑物沉降预测公式。以南宁地铁一号线某区间为实例,将建筑物沉降预测公式计算值与实际监测值进行对比,结果表明两者拟合相关系数为82%,说明公式具有良好的适用性,可为南宁市地铁后续线路邻近建筑物沉降预测提供参考。     

管幕箱涵顶进施工中地表变形监测及有限元模拟

上海市中环线虹许路-北虹路地下立交隧道工程采用了管幕施工与箱涵顶进相结合的施工方法.管幕箱涵顶进法是一种在软土中修建地下建筑物的新型暗挖技术,先用微型顶管技术在拟建的地下通道建筑物四周顶入钢管,然后将钢管间用锁口连接并注入防水材料构成防水地下空间,最后在拟建的地下通道空间内,采用软土开挖和预制箱涵顶进同步进行施工.箱涵顶进过程非常复杂,容易引起地表变形.结合实测数据研究超长大断面管幕箱涵顶进过程中地表变形的特征,得到一些与我国常规暗挖施工所不同的新规律,建立了能够考虑网格前管幕土欠挖、超挖施工工况的三维有限元模型,实现了箱涵顶进过程及其他地表变形的模拟,计算结果与实测地表变形较吻合.     

顶管施工对高架桥桩基础影响的数值分析

顶管施工广泛应用于市政工程的隧道开挖作业,但该方法对周围构筑物的影响仍需要进一步的研究。本文针对天津市某地下电缆隧道穿越高架桥桩基的实际工程案例,利用数值模拟方法建立了关于穿越高架桥桩基的沉井和顶管施工的有限元计算模型,研究了沉井和顶管施工过程中附近土体的扰动情况以及高架桥桩基的变形、受力等情况。结果表明,沉井和顶管施工都会对周围桩基础的应力和变形产生一定影响。在外径12.8米的沉井施工时,施工引起的土体卸载会使得沉井周围土体产生较大的隆起,最大回弹量为164 mm左右,三个方向（水平X方向、Y方向和竖向Z方向）的最大变形均出现在沉井上部土体周围,该沉井施工过程对距其30米处的高架桥桩基也产生了一定影响,桩体在X方向（指向沉井方向）上受到的影响较大,桩体顶部产生背离沉井的水平位移,下部则逐渐过渡到趋近沉井的水平位移,最大X方向水平位移量约为1.6 mm,对Y方向（垂直于顶管方向）的水平位移影响较小。在外径3.6米的顶管施工过程中,土体在卸载后会出现变形,最大位移为170 mm,变形出现在位于顶管底部的扰动土体。在X方向上,四个桩基均表现为桩顶部远离沉井、桩底靠近沉井的趋势。在Y方向上,桩身的最大水平位移出现在隧道开挖深度处,位移方向为远离顶管,影响范围为顶管隧道施工处上下15 m。     

越江钢筋混凝土顶管施工三维数值分析

顶管法作为一种非开挖技术,在城市隧道管线的建设和改造中具有广泛应用。然而,顶管施工不可避免地会对周围既有结构物造成一定的影响。为了研究如何规避顶管施工的风险,基于白龙港南线输送干线的过江管工程的W2-W1标段,通过数值模拟的方法研究了顶管施工过程中机头支护压力、注浆模量、摩阻力的变异对地层、桩基变形影响的变化规律,并分析了软土地区复杂条件下顶管施工各施工参数对周围环境影响的敏感性。结果表明:在实际施工过程中,当机头支护压力略小于顶管中心土层自重应力时能有效减小环境影响;同时也需要尽可能减小注浆与顶管之间的摩擦系数,并根据实际目标需求选择注浆模量。     

紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形

针对地铁隧道施工影响下紧邻密集管线保护问题,依托南昌地铁实际工程,采用ABAQUS软件建立土体-密集地下管线-隧道暗挖三维有限元模型,结合现场实测数据与数值模拟结果,分析了隧道CRD (cross diaphragm)工法施工时的地层变形规律、地下管线应力特性与地下管线变形规律,并对管线周边土体有无注浆加固时的管线力学特性进行了对比。研究结果表明：(1)隧道开挖引起的管线变形以沉降为主,管土刚度差异对管线变形和应力影响显著。(2)管土刚度差异越小,管线变形趋势与土体变形趋势越接近;管土刚度差异越大,管线对地层变形的抵抗作用也越强会产生较大应力。(3)隧道左右导洞上方管段是危险区域,需重点保护。(4)密集地下管线主要表现为管线材质、管线几何特性、管线与隧道的空间位置关系不同,保护地下管线的核心在于控制地层沉降,地下管线保护关键阶段是隧道掌子面接近管线,此时应确保超前注浆效果和初期支护快速封闭,并加强对管线变形的监测。     

地下结构对场地和地表建筑地震响应影响分析

地铁车站等地下结构的建设,必然会引起场地土层以及临近建筑物的地震动力响应发生变化.为研究此种影响,以某典型地下车站结构为研究对象,引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土接触面特性和地基无限域的影响.计算结果表明:由于地下结构的存在,地表一定范围内的地震动设计参数被显著放大;临近地表建筑的位移响应、框架柱剪力响应也均被显著放大.建议在地铁等地下工程的规划和设计时考虑工程建设后对地表设计地震动的影响.     

带翼缘板圆钢管顶进过程地表变形研究

采用带翼缘板圆钢管顶进形成地下管幕支护空间,相比传统的顶管工法具有诸多优点,已被用于建造城市地下空间.但由于翼缘板的存在,导致管周土压力分布复杂,顶进引起的地表变形与圆形顶管差异较大.基于此,在带翼缘板圆钢管管周土压力作用机理研究基础上,采用弹性力学Mindlin解推导出带翼缘板圆钢管顶进过程管周摩擦力引起的地表变形计算公式.基于沈阳地铁九号线奥体中心站暗挖段带翼缘板圆钢管顶进工程,采用Midas有限元分析软件对带翼缘板圆钢管顶进过程进行数值模拟计算.得出带翼缘板圆钢管顶进过程中,横截面地表变形呈“U”型沉降槽,纵截面监测点地表变形随顶管扰动逐渐增大,顶进截面超过监测面一节管长后地表变形趋于稳定;并分析了不同土体黏聚力、内摩擦角对顶进过程地表变形的影响.     

考虑土体小应变刚度的地表堆载对隧道影响数值分析

随着城市地下空间的进一步开发,交通隧道、地下车站和地下商铺等建筑(构筑)物不可避免地变得越来越密集,既有隧道周围会频繁存在堆载的情况。采用数值方法分别研究摩尔-库伦(M-C)本构模型及考虑土的小应变特性的硬化本构模型(HSS)情况下基坑开挖地表堆载尺寸、堆载大小及隧道埋深对既有顶管隧道变形的影响规律。计算结果表明:在相同堆载大小及堆载宽度的情况下,HSS本构得到的土体受堆载影响范围明显低于M-C(Moore-Coulomb)本构计算结果。当堆载大小为100 kPa时,M-C本构的侧边和深度影响范围达到了75 m,而HSS本构下侧边及深度影响范围仅有35、30 m左右;当堆载宽度为25 m时,M-C本构的侧边和深度影响范围达到了75 m,而HSS本构下深度影响范围不超过35 m,侧边则不超过40 m。基于数值计算结果,对实际工况提出严禁在既有隧道的正上方进行堆载的建议。     

深部巷道围岩蠕变分析与离散元模拟

将顶管法应用于深部煤矿地质条件下深部岩体施工中,会遇到因岩石流变等大变形导致顶管机的卡停甚至抱死,因此充分考虑岩石的流变特性,对顶管法在高地应力区的应用十分重要。以张集矿北区1413A高抽巷为例,利用离散元PFC3D(particle flow code 3D)程序对巷道蠕变特性进行了系统的研究。首先,调用伯格斯模型,通过虚拟蠕变试验对巷道所处粉砂岩层的微观参数进行标定,并与室内试验数据对比,从而验证离散元方法用于岩石蠕变问题分析的可行性。然后,建立巷道的平面应变离散元模型,设置多个测量球,得到了巷道围岩的应力应变在时间和空间上的分布情况,并与理论解对比,发现两者吻合较好,可为后续巷道围岩蠕变的深入研究提供有益的参考。