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。     

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析——以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC~(3D)(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。     

浅埋暗挖拱顶直墙结构过街地道数值模拟分析

城市过街地道多采用浅埋暗挖法施工,它的突出优势在于能最大限度地减少交通干扰、管线及板涵的迁移改建。城市过街地道对地表沉降的要求比较严格,选择合理的隧道断面形式对控制地表沉降具有很大意义。采用MIDAS/GTS软件建模进行有限元分析,对拱顶直墙与平顶直墙结构变形进行了对比,分析施工分部开挖拆除临时支撑后衬砌内力的变化。对模型计算结果进行分析并结合工程环境给出合理的施工建议。结果表明:浅埋暗挖过街地道顶部覆土层过薄,为控制地表下沉需对地层进行加固处理;相同条件下拱顶直墙结构受力变形小于平顶直墙结构;底板弯矩变形较大,二次衬砌结构施工可适当增加底板厚度;拆除临时支撑后初衬轴力与弯矩增大约1~2倍。可为浅埋暗挖拱顶直墙过街地道衬砌内力研究提供依据,也可为实际工程施工提供参考。     

浅埋暗挖隧道施工中纵向地表下沉的规律

在浅埋暗挖隧道施工中,地表沉降和拱顶下沉的信息可明显反馈围岩和初期支护的稳定状态,要实现信息化施工和控制施工中产生不利环境影响,必须了解和掌握地表沉降和拱顶下沉的变化趋势.基于南京地铁2号线钟灵街马群段浅埋暗挖隧道矿山法施工中地表沉降和拱顶下沉的实测资料,分析总结了相应条件下隧道施工中地表和拱顶下沉的大小和分布规律,得出浅埋暗挖隧道沿纵向开挖时对工作面前后的主要影响范围,分别为1.5D和3D(D为隧道跨度),变化趋势为缓慢下沉快速下沉收敛稳定;并根据滞后的拱顶下沉与地表下沉趋势的一致性,提出可以通过施工中纵向地表沉降的规律预测拱顶下沉的发展趋势.     

基于有限元强度折减法的浅埋黄土隧道极限位移研究

为了探究黄土隧道变形特性，基于有限元强度折减法，建立了隧道在不同埋深条件下的有限元模型，进行了隧道穿越青海东部地区黄土地层时的极限位移值研究.结果表明：在同一埋深条件下，随着折减系数的增大，隧道洞周的变形不断增大，当达到某一临界值时，位移出现突变；隧道埋深10 m，其安全系数为2.6，拱顶沉降极限位移值为10.3 mm，墙腰水平收敛极限值为14.2 mm；隧道埋深30 m，其安全系数为2.2，拱顶沉降极限位移值为26.0 mm，墙腰水平收敛极限值为46.4 mm；隧道埋深50 m，其安全系数为2.0，拱顶沉降极限位移值为36.8 mm，墙腰水平收敛极限值为52.7 mm.结论可为有类似工程地质条件隧道设计、施工、监测提供参考.     

不同埋深隧道开挖对地表沉降影响的三维有限元分析

以厦门市东渡路站-建业路站的地铁隧道2号线一期工程为研究对象,利用数值模拟和现场实测数据研究了不同埋深隧道对地表沉降的影响规律,结果表明:(1)随着隧道埋深的增加,地表沉降呈现先增大后减小的规律;(2)距隧道中心线水平距离大于25 m时,沉降槽曲线逐渐趋于平缓,表明相同埋深下的隧道开挖对距隧道中心线25 m以外的地表沉降影响相对较小;(3)随着隧道埋深的增加,土体的自承能力增加速度和围岩自重应力的增加速度在隧道埋深为3D附近达到平衡点,此时,地表沉降值最大。平衡点3D可作为该工程深埋、浅埋隧道的划分标准。     

泥质粉砂岩山岭公路隧道围岩变形

为分析不同围岩级别对泥质粉砂岩隧道的影响,依托贵州沙家坪隧道不同围岩级别的拱顶沉降和周边收敛进行分析;同时考虑隧道浅埋段多为破碎岩体,是隧道开挖工程中最危险地段;结合沙家坪隧道进出口地表浅埋段埋深数据,分析浅埋段埋深深度对拱顶沉降的影响。研究结果表明:泥质粉砂岩隧道相对其他岩类(峨眉山玄武岩、灰岩)隧道在低围压下流变滞后现象较明显,不易发生瞬态破坏,洞口段与中间深埋段围岩变形相差不大;拱顶沉降主要集中在距离洞口100~200m地下水和煤层较发育地段,平均沉降为-7mm,累计沉降在-8mm上下波动,同时煤层对隧道围岩的变形存在重大安全隐患;距离洞口0~60m隧道的累积周边收敛值及波动较大;对于泥质粉砂岩隧道,浅埋段埋深厚度对隧道围岩变形影响较弱。     

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。     

地铁隧道沉降规律多因素分析

地铁施工过程中地表沉降是衡量与检验地铁施工安全性的重要指标之一,基于诱因的沉降规律分析有助于科学合理的采取补救措施,有效降低地铁事故的发生概率。针对南京地铁某平行双线浅埋暗挖隧道间距与埋深均随里程变化的特点,运用控制变量法对施工过程中采集的监测数据对比分析,总结地表沉降规律。结果表明:当上覆土岩比超过0.20、隧道净深比β达到0.52(隧道埋深不变)以及拱顶位于土岩分界线以上3种情况下,地铁隧道地表沉降较大;得出隧道掌子面开挖对地表沉降的大致影响范围及时间效应。     

富水软弱破碎带大断面隧道施工渗流影响及控制效果分析

依托某大断面隧道工程为背景，通过数值模拟并结合现场实测方法研究了隧道不同埋深条件下拱顶沉降、水平收敛、整体围岩应力和塑性区分布规律，并在此基础上，又对隧道在富水条件下的孔隙水压力进行了探讨。结果表明:拱顶沉降、水平收敛位移与水位高度呈正相关，埋深对水平位移影响较小，但影响范围增大；且随着隧道埋深的增加，拱顶沉降和水平收敛位移将在与破碎带间隔10m左右开始呈“瀑布式”增长；围岩应力随埋深和水位高度呈线性增长，其最大值集中在在拱腰处，最大达到1.34MPa，增长速率受水位高度影响更大；塑性区主要分布在隧道两侧，但随着埋深增加，拱顶也出现少量塑性区，这对拱顶的稳定是十分有利的；隧道周围孔隙水压力与埋深和地下水位高度呈正相关。该项研究可为提升大断面隧道穿越断层破碎带施工提供有益的借鉴和参考。     

大跨公路隧道截面仰拱连接形式优化分析

为实现隧道截面仰拱连接处最小弯矩应力的目标,应用有限元原理对目前我国采用较多的大跨公路隧道结构截面形式进行内力计算,通过Ansys优化分析边墙与仰拱的连接部位,找到最优的隧道横断面连接形式;同时考虑到现场支模等施工的需要,优化找出与仰拱直线连接时最优直线段高度．发现直线连接相对于曲线连接弯矩最大值约增大20－30％．在满足净空及工程要求条件下,最大弯矩随直线连接段高度增加出现先减小再增大的趋势,最大弯矩随围岩级别增高增大速率较大．     

浅覆土盾构隧道施工引起地表沉降规律研究

为研究浅埋大直径土压平衡盾构施工穿越砂卵石地层造成的地表沉降规律,以北京新机场线9m直径土压平衡盾构隧道为背景,对10m、12m、13m、15m四种覆土厚度下的地表最大沉降、沉降槽宽度、地层损失率进行了对比分析,并用Peck公式进行拟合。分析结果表明：相同施工参数下,隧道上方地表最大沉降和地层损失率随覆土厚度增加而减小且成拱覆土厚度附近存在变化速率的突然改变;深埋隧道测点沉降稳定时间较短,约为2天,浅埋隧道时间较长,约为4天;实测沉降槽宽度及沉降槽拟合曲线的宽度系数与隧道覆土厚度相关性不明显,实测沉降槽宽度约为隧道中线两侧1.5D范围(D为开挖直径);实测地层损失率与通过Peck公式反算的地层损失率都随隧道覆土厚度增大而减小。     

黄土地层基坑开挖对既有地铁隧道影响分析

解决黄土地区基坑开挖对近接地铁隧道运营安全带来的影响,研究基坑工程与地铁隧道之间的相互作用机理,基于正交试验分析了水平净距,竖直净距等影响因素敏感性程度,并进一步结合西安地铁八号线幸福林带基坑工程,采用室内模型试验分析了基坑开挖对既有隧道影响的受力变形规律,结果表明：基坑与隧道的竖直净距和水平净距对隧道水平和竖直位移影响显著；在施工过程中,隧道管片的拉伸值始终大于压缩值,且拉伸方向和水平内径变化规律相反；管片拱顶和右墙处弯矩逐渐增大,而拱底和左墙则呈现先减小后增大的趋势；管片周围土压力主要集中在拱底和右墙处,且一直保持减小趋势,其纵向土压力差不断减小,水平土压力差不断增大,导致隧道朝上和朝基坑方向移动。     

浅埋隧道拱顶土石混合体围岩沉降预测

由于地层风化、水土流失等原因,隧道围岩极易形成风化土层,对浅埋隧道开挖沉降产生严重影响。本文将利用连续-非连续数值模拟方法,对这类土石混合体围岩的拱顶沉降因素进行具体研究。结果表明：在相同工况下随着岩石含量、岩石最小粒径和最大粒径的增大,拱顶沉降量逐渐降低;随着土和岩石参数的下降,拱顶沉降量明显增加,进而得出拱顶沉降值的范围。最后结合隧道的实际工程情况,验证了该预测范围的有效性。本文对拱顶沉降的因素进行了进一步的比较,结果可为土石混合体围岩拱顶沉降预测设计提供参考。     

黄土地层盾构隧道开挖对地表沉降影响的有限元分析

基于黄土地层，采用邓肯-张非线性弹性本构模型，考虑盾构隧道开挖过程对周边建筑物的影响，建立了盾构隧道衬砌与土体相互作用的有限元计算模型．对黄土地层中盾构隧道外径和埋深及其与邻近建筑物的距离对地表及相邻建筑物沉降的影响规律进行了数值分析，结果表明：在相同盾构外径下，地面沉降随隧道埋深的增加几乎呈线性减小趋势；在相同隧道埋深下，地面沉降随盾构外径的增加几乎呈线性增大趋势；无论盾构外径如何，隧道顸部及相邻建筑物处的地表沉降值均随隧道和建筑物水平距离与盾构外径比的增大而减小，也随隧道埋深的增大而减小．文中给出了受沉降影响较大的范围，可为地下工程施工时对周边建筑物及地基采取加固措施提供理论依据，并为西部地区的地下工程建设提供参考．     

分叉隧道施工对主隧道扰动的数值模拟

以大连地铁促进路站至春光街站区间45°交叉隧道建设工程为背景,采用有限差分软件FLAC3D模拟0°~90°7种不同横通隧道开挖对主隧道的扰动情况;并对主隧道锐角侧与钝角侧地表沉降进行对比分析,得出不同交叉角度时隧道的变形规律。结果表明:随着横通隧道开挖角度的减少,主隧道锐角侧的变形量逐渐变大,钝角侧的变形量逐渐减少;主隧道锐角侧曲线的波动性较大,钝角侧曲线则相对平缓;主隧道拱顶沉降最大值并非出现在交叉区中点,而是出现在主隧道开挖方向向前一定距离,并偏向横通隧道一侧。     

不同埋深下大直径盾构隧道横向刚度有效率

盾构隧道衬砌结构整体性能受到纵缝及环缝接头不连续性的影响,接头受力状态随埋深变化发生改变,其刚度也将发生变化,进而引起结构整体刚度的改变,对于大直径深埋盾构隧道这一影响更为突出.基于该问题,以上海沿江通道越江隧道典型衬砌结构为例,采用横向变形等效原则,参考管片接头结构试验结果,研究大直径盾构隧道横向等效刚度随埋深而变化的规律,并考察了地基刚度与错缝拼装对于计算结果的影响.结果表明,大直径盾构隧道的横向刚度有效率与埋深有较大关联,覆土较浅时变化规律相对复杂,覆土厚度超过1.0倍直径后随埋深整体上呈现先递增而后递减的趋势,在埋深达到2.0倍直径后由于地层成拱效应不再继续降低,上述规律还受到地层条件的影响.研究成果对于大直径盾构隧道的设计与计算具有一定的参考价值.     

平行隧道施工引起地表沉降的数值试验研究

浅埋暗挖隧道施工产生的地表沉降是施工过程中令人关注的问题,采用数值试验的方法,通过模拟假设、建立模型和数值计算,研究了相邻隧道断面不同布置方式和注浆材料参数对地表沉降的影响.结果表明:隧道埋深越深,越需要大的隧道间距来实现沉降槽的双峰状态.在隧道埋深为2倍洞径时,倾斜布置条件下双隧道的垂直距离和水平距离接近25倍洞径时产生的地面沉降较小,垂直布置条件下双隧道间距越大,产生的地面沉降越小.拱顶注浆对控制地表沉降有明显效果,注浆参数提高要比注浆层厚度增加的效果好.