不同土质中隧道埋深对地表沉降的影响

分析地铁隧道开挖引起的地表沉降对建筑物安全具有重要意义.通过有限差分软件FLAC3D分别对粉质黏土、粉砂、黏土条件下的隧道开挖进行了数值模拟,分析三种不同土质中地表沉降随埋深的变化规律以及三种土质中同一埋深下地表沉降槽曲线的变化规律.结果表明:相同埋深下粉质黏土、粉砂、黏土中的地表沉降值依次减少;粉质黏土、粉砂、黏土的地表沉降槽曲线宽度随埋深的增加而增大;粉砂沉降槽相对于黏土较窄而深,说明土质条件越好,沉降槽宽度越小.     

改进GAP法盾构隧道开挖地表沉降预测

针对盾构隧道开挖引起的地表沉降问题,基于GAP法模型的基本原理,通过对该模型的改进,借助FLAC2D进行数值分析,对盾构隧道的地表沉降规律进行了研究.得出了同一盾构直径随着隧道埋深增加的情况下,地表最大沉降值逐渐减小、地表沉降槽逐渐变宽的规律,且隧道埋深和地表最大沉降值存在某种线性关系.该成果对盾构隧道开挖引起的地表沉降分析具有一定的参考价值和指导意义.     

盾构隧道施工参数对地表沉降的影响研究

以广州市地铁十八号线万顷沙站—万横中间风井盾构区间隧道工程为研究背景，运用有限元软件，探讨了隧道埋深比、掘进压力、注浆厚度3种因素引起的地表变形的影响。在分析中使用控制变量法，在其他条件不变的情况下，改变掘进压力等施工参数并选取合理的值域后进行数值模拟，研究各种参数对地表沉降的影响程度。结果表明：(1)随着隧道埋深比的增大，横向地表沉降量峰值出现先增加后下降的变化规律，沉降槽曲线也逐步趋于缓和；(2)地面横向沉降峰值随掘进压力的增大而增大，当掘进压力超过掌子面土体应力释放值时，沉降量峰值与掘进压力成正比；(3)地面横向沉降量与注浆层厚度成反比。     

隧道下穿施工引起公路路面沉降分析

以沥青路面平整度为控制指标,分析隧道不同埋深、不同开挖半径下穿某一施工段对公路路面的沉降影响,通过有限元软件Midas-GTS对隧道下穿施工进行数值模拟,对公路路面的沉降进行分析.结果表明:隧道施工引起的路面沉降受隧道半径和埋深的控制.沉降槽宽度系数与隧道半径和埋深具有明显的线性关系,控制隧道半径,得出路面允许最大沉降与隧道埋深的关系,合理预测最大沉降,理论结果可为类似工程提供参考.     

不同平行距离下盾构施工对邻近砌体结构的变形影响

软土盾构施工将导致周边土体位移场改变,从而诱发邻近建筑产生附加变形甚至局部开裂.通过建立三维有限元数值模型,分析了隧道不同施工距离条件下,浅基础砌体建筑受盾构开挖的影响变形,重点研究了建筑物的横向水平位移、基础沉降特点、墙体的相对挠曲变形和主拉应变变化规律.结果表明:基础相对沉降峰值出现在隧道开挖面位于建筑物中部位置,绝对沉降峰值则出现在盾构施工完毕时;随着隧道中轴线与建筑物中轴线之间水平距离的增大,建筑横墙相对挠曲将依次呈现为下凹形态、"∽"形态以及上凸形态,且主拉应变在下凹和上凸形态相对挠曲最大时达到峰值;建筑纵墙主拉应变则因开挖面位置的不同呈现明显差异,主拉应变最大值出现在开挖面位于建筑物中部位置.     

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。     

地铁隧道施工中钻爆强度对公路路基沉降的影响

以青岛地铁君峰路-西流庄区间隧道为依托工程,运用有限差分软件FLAC~(3D)建立隧道开挖模型,研究地铁隧道开挖时爆破强度过程中路基的位移变化,并分析其沉降槽参数的变化规律。以弥补钻爆法地铁隧道施工对路基的影响目前研究较少的不足。研究结果表明:随着振速峰值在1.0～2.2 cm/s增加,路基沉降不断增长;振速峰值达到2.0 cm/s后,初始开挖面处的路基竖向位移出现上浮;随着振速峰值的增大,路基竖向位移斜率不断增大,且斜率的增长速度加快;钻爆法地铁隧道开挖过程中,路基沉降曲线符合Peck公式。通过研究得到振速峰值在1.0～2.2 cm/s时,路基沉降值最大值S_(max)计算公式。随着振速的变化,沉降槽宽度i的变化规律并不明显。     

不同埋深下盾构隧道开挖及补偿注浆对地表隆沉变化影响的室内试验

采用二维隧道模型试验,探究砂土中不同埋深下盾构隧道开挖及补偿注浆对地表沉降变化的影响规律.试验表明,对于不同埋深的工况,盾构隧道开挖引起的地表沉降均可以用Peck公式有效预测,埋深C/D对地表沉降槽形状具有显著影响,且沉降最大值与土体损失率基本呈线性关系.正常体积范围补偿注浆时,随着埋深增加,地表最大抬升值不断减小,地表抬升范围逐渐增加.当补偿注浆体积达到某一值后,不同埋深工况地表最大抬升值与土体补偿率基本均呈线性关系.超体积补偿注浆时,超体积补偿注浆引起的地表最大抬升值与土体补偿率继续保持线性关系.随着土体补偿率的提升,不同埋深导致的地表抬升范围差异逐渐减小.     

曲线隧道施工引起地表沉降槽峰值偏移规律

由于曲线型盾构隧道卸荷扰动区的不对称性,使得隧道施工后地表沉降槽峰值出现了一定的偏移.故为便于对曲线型盾构隧道沉降峰值的偏移规律进行定性及定量分析,利用Midas/GTS有限元软件,以隧道的不同线路半径作为变量设定多个模拟工况,建立三维模型进行分析研究,且采用Origin软件对模拟的计算结果进行函数拟合;最后,依托乌鲁木齐市南农区间8标段小半径曲线盾构隧道的工程实例进行验证 研究表明:围岩变形、地表沉降峰值及地表沉降槽宽度均随曲线型隧道线路半径的增大而呈现出减小的趋势;地表沉降槽峰值点的偏移距离与隧道的线路半径关系近似反函数曲线.     

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。     

地铁车站洞桩法施工对地层沉降影响研究

结合大连地铁松江路车站的工程条件,运用有限元软件MIDAS-GTS建立车站结构-地层三维模型,得出了地表沉降、沉降槽以及塑性区的发展规律.结果表明:地表沉降依照施工过程具有阶段性,导洞施工是控制地表沉降的关键阶段;最大地表沉降及最终地表沉降均符合60mm的控制基准,故洞桩法在控制地表沉降方面是有效的;沉降槽形态及深度受群洞效应影响,且与结构埋深及施工方式有密切关系;塑性区主要产生于导洞阶段,洞桩法基本抑制了塑性区的发展.     

松散堆积体隧道围岩空间位移特征分析

为研究松散堆积体隧道施工引起围岩空间位移的变化,采用弹塑性非线性有限元法对隧道开挖过程进行仿真模拟,将空间位移分为地表沉降、周边围岩位移和掌子面挤出变形3部分进行分析,并与既有理论和现场测试数据进行对比。数值计算结果表明:隧道开挖引起的围岩变形具有明显的三维特性,掌子面前后方影响范围均约为20m,横向沉降槽呈明显的"深沟"形,沉降槽宽度较小,与塞形曲线拟合度最高;周边围岩拱部下沉和隧底隆起范围与量值均较大,水平收敛较小,下台阶支护封闭成环后变形趋于稳定;上台阶掌子面挤出变形呈中间大、周围小的"圆形放射状",下台阶掌子面挤出变形总体较小;与现场测试值相比,拱顶下沉和净空收敛偏大,地表沉降两者基本一致。     

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。     

既有隧道对盾构掘进引起深层位移场的影响

以软土地区盾构穿越既有隧道的几种典型工况为背景,借助三维数值模拟的方法,计算分析了既有隧道存在对盾构掘进引起深层位移场的影响规律。由计算结果可知,既有隧道的存在使得盾构掘进引起地面横向沉降影响范围明显增大,但沉降量则减少;从保护既有隧道的正常运营的角度来看,穿越既有隧道的净间距应大于1.0D。     

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．     

软土浅埋超大直径盾构始发端头加固范围研究

为确定软土地层浅埋超大直径盾构始发端头加固的合理范围，以珠海杧州隧道为工程背景，采用有限元建模分析，研究了端头加固范围对素混凝土墙破除以及盾构始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果，以端头中心点水平位移为控制目标，得出横、竖向合理加固厚度约为0.28倍隧道开挖面直径，略大于理论计算值和工程经验值。盾构掘进模拟结果表明，当纵向加固长度超过盾构机长度后，横断面受剪区域未与地表形成“塑性贯通”,端头盾构掘进对地表扰动程度较低；如以地表最大沉降为控制值，软土地层合理加固长度为1.14倍盾构机长度，该结果与理论计算值接近，而略小于工程经验值。     

高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响：以玉龙雪山隧道工程为例

为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,明确主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面与监测面距离为3.63倍主洞洞宽时,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和拱底隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大,当二者间距由5.0D减小至3.0D时,拱顶沉降值和拱底隆起值分别从-0.598m和0.426m增加至-0.679m和0.514m。     

交叠隧道盾构法施工土体变形的三维数值模拟

以正在建设中的上海市轨道交通明珠线二期工程上、下行线近距离交叠区间隧道盾构施工为研究对象，按“先下后上”的盾构推进过程，采用三维弹塑性有限元法SNSYS程序软件模拟了交叠隧道土层位移以及地表沉降曲面在盾构推进中的发展变化，得出了地面最大沉降量在上行隧道推进后将出现大幅度增长，且在推进前期沉降增幅最为显著的结论。给出了隧道周围土体塑性区的大小与分布，论证了要将地面沉降控制在允许范围内，必须在上、下行隧道施工中进行预注浆加固，以重点控制盾构推进前期的地层沉降量。最后，探讨了盾构刀盘推进力、一次推进步长、隧道埋深及地表硬壳层等多种影响因素对地面沉降的贡献。