邻近堆载诱发既有隧道受力变形研究

地表堆载会引起邻近土体产生沉降变形,进而会对地下空间中的邻近隧道造成安全威胁。为了获得邻近既有隧道受到地表作用的影响,采用Boussinesq解获得地表堆载对邻近既有隧道的竖向附加应力,将既有隧道简化成搁置Vlasov地基模型的Euler-Bernoulli梁,引入既有隧道侧向土体影响,进一步获得隧道在邻近堆载作用下的变形响应。通过与既有工程案例数据对比分析可知：该方法理论解析与监测数据较为接近,验证了方法的可靠性;与该方法退化解析对比,本文方法更贴近工程实测数据。参数研究表明：隧道与堆载中心间距的增大会引起隧道纵向位移及内力的减小;堆载荷载的增大会引起隧道纵向位移及内力的增大;随着既有隧道刚度的逐渐增大,隧道纵向位移会逐渐减小,但会引起既有隧道内力的增大。     

地面堆载作用下盾构隧道结构变形分析

影响地铁盾构隧道结构安全的因素有很多,诸如周边基坑工程施工、土体不均匀性、流塑性软土空间分布状态、地面堆载等,其中以地面堆载诱发的隧道安全事故屡见不鲜。因此,探究地面堆载对隧道结构变形的影响规律,对规避安全隐患具有重要意义。以苏州地铁某线某区间盾构隧道为工程实例,利用ABAQUS数值分析软件,采用地层结构法建立隧道三维模型,系统地分析了不同堆载位置下盾构隧道的变形规律。结果表明：地面堆载作用下,隧道变形沿隧道走向呈对称分布,隧道结构变形量随堆载大小的增加逐渐增大,随堆载偏离隧道外边线距离的增加而逐渐减小;当堆载的偏移距离为三倍隧道直径时,隧道竖向位移发生由下向上的方向转变,水平位移发生由右向左的方向转变;隧道正上方的地面堆载导致隧道变形过大,影响隧道安全使用,偏压堆载下隧道变形显著减小,其变形量满足规范要求,隧道处于安全状态。     

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.     

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。     

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.     

盾构竖井垂直顶升施工阶段隧道变形分析

针对盾构内垂直顶升诱发的隧道结构变形问题,借助精细的数值计算,探讨盾构竖井垂直顶升阶段衬砌结构和接头变形响应特征,并通过理论计算验证数值模型具备一定的合理性.研究表明,垂直顶升施工影响主要集中在开口环及相邻三环标准环,对隧道底部的影响大于隧道顶部,竖向变形大于横向变形;垂直顶升前期隧道整体下沉,开口环和相邻环收敛变形,顶升后期隧道整体有一定的抬升,开口环和相邻环扩张;环缝接头发生以错台为主的变形,开口环与相邻环之间的错台量最大,且在底部竖向错台最明显;垂直顶升施工引起的隧道最大竖向位移、水平位移、错台量均随顶升反力的增大而同向线性增大.     

地面堆载诱发下盾构管片变形分析

本文依托苏州地铁S1线某区间盾构隧道,针对后期沿线可能出现的堆载问题,采用地层-结构法建立精细化三维数值分析模型,系统地探究了堆载条件下,隧道上覆、穿越和下卧软土地层对盾构管片变形的影响规律。结果表明：在地面堆载作用下,上覆荷载经过土层扩散,使管片变形沿纵向呈“正态分布”,竖向变形最大处位于堆载位置正下方的拱顶处；隧道最大水平位移发生在荷载作用位置正下方管片的左右拱腰处,并且左右拱腰同时产生向外的水平位移；当堆载中心在隧道正上方时,隧道下卧软土层时隧道变形量最大,其次是隧道穿越软土层时,隧道上覆软土层时对隧道竖向变形影响最小；隧道下卧土层的弹性模量对隧道结构变形影响最大,且弹性模量越小,结构变形越明显。     

盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移研究

采用两阶段方法简便地研究盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。第1阶段,采用Loganathan公式计算盾构隧道开挖引起的桩基轴线处土体竖向位移。第2阶段,首先基于Winkler地基梁模型,将土体位移转化为荷载施加到桩基上;然后,结合叠加法,计算盾构隧道开挖引起的邻近单桩竖向位移;最后,考虑群桩间的土体遮拦效应,再结合叠加法求解出盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。通过与有限元模拟结果进行对比,验证本文所提计算方法的准确性,并进一步分析各物理参量变化对群桩竖向位移的影响。研究结果表明:其余参数不变的情况下,隧道埋深和地层损失比增大均会增强盾构隧道开挖对邻近群桩的影响,导致邻近群桩的竖向位移增大;桩基直径增大导致其抵抗盾构隧道开挖影响的能力增加,进而引起邻近群桩的竖向位移略微减小;土体弹性模量增加导致邻近群桩顶端所受的向下荷载与底端所受的向上荷载均增加,进而引起邻近群桩的顶端竖向位移(最大位移)增大,底端竖向位移减小;桩基与隧道距离增加可减弱盾构隧道开挖对邻近桩基的影响,减小桩基竖向位移;群桩间距增大可引起桩基间的土体遮拦效应减弱,导致桩基的相对竖向位移增大。     

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%。     

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。     

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。     

合肥地铁盾构隧道下穿河道施工数值模拟分析

文章针对合肥地铁1号线盾构下穿南淝河存在的安全隐患,基于流固耦合原理与有限差分方法,采用FLAC3D对隧道盾构开挖流固耦合效应进行模拟,分析了盾构推进过程中隧道周边土体孔隙水压力规律、竖向应力场、拱顶沉降等。研究表明:盾构开挖导致隧道拱顶及两侧土体孔隙水压力明显降低,地下水在水压力的驱动下向拱顶与两侧流动,这些部位容易出现危险,要防止涌水事故的发生;考虑流固耦合后,围岩竖向应力值变大,最大拉应力与压应力均变大,隧道周边局部围岩出现较大的应力集中现象,对隧洞安全不利,拱顶竖向位移增大,竖向位移在水平方向从隧道中心向两侧不断减小,而土体后期固结沉降占最终沉降的比例达到30%,要加强后期监测,防止沉降过大影响隧道安全。     

偏心堆载引起的盾构隧道横向受力理论计算

针对隧道邻域内偏心堆载工况导致隧道破坏,考虑偏心堆载和盾构衬砌环间作用力的影响,基于修正惯用法,推导出衬砌围压和内力(弯矩、轴力、剪力)的计算公式。通过算例分析,研究堆载数值、堆载位置和隧道埋深对隧道衬砌围压和内力的影响规律。研究结果表明:偏心堆载会使隧道衬砌围压产生不对称分布,其中加载侧的围压大于非加载侧的围压,最大围压出现在加载侧的下方;偏心堆载对加载侧的弯矩和剪力影响较大,对轴力影响较小;随着堆载载荷不断增大,衬砌围压和剪力整体不断变大,零剪力的位置不变;随着堆载中心偏移距离变大,衬砌围压和弯矩不断减小;随着隧道埋深增大,衬砌围压和轴力变大,堆载对隧道产生的附加应力减小。     

砂卵石地层地铁近接下穿既有盾构区间施工控制技术

为探究地铁暗挖近接施工下穿既有盾构区间加固技术适应性,以成都5号线近接下穿既有3号线为工程背景,提出适应于成都砂卵石地层的预埋注浆加固保护方案,且通过数值模拟研究了不同注浆加固范围的保护效果、注浆过程对隧道结构影响以及对下穿过程规律性进行讨论,并结合现场监测分析.结果表明:既有隧道注浆加固范围扩大,其隧道结构变形呈线性减小,隧道结构纵向沉降槽呈线性缩小,适当增大既有隧道注浆范围可控制其变形量;预埋钢花管注浆加固过程中,浆液压力和土体硬化将导致既有隧道结构竖向产生沉降,水平方向相向靠拢;地铁下穿过程中,既有隧道结构主要产生竖向沉降,先缓慢沉降,隧道穿过后沉降变形突增,再趋于稳定,前期有一定反应阶段;相比既有隧道,近距离的大范围注浆加固导致土体硬化,5号线结构变形预变形阶段极大缩短,反应时间短,施工风险增大.提出二次衬砌工序优化、深孔注浆加固补救措施以及节点位置格栅密排等措施能够降低既有盾构运营风险.     

盾构隧道拱顶渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响

通过建立三维隧道数值模型研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。基于渗流侵蚀试验,应用强度及刚度折减法定性模拟渗流侵蚀过程;建立盾构隧道施工模型,通过对比数值模型与现场实测数据验证数值模型的可靠性;研究渗流侵蚀对地表沉降及结构变形的影响。结果表明:拱顶部位渗流侵蚀引发的地表沉降量呈指数增长趋势;侵蚀过程的卸载作用使管片明显上抬,管片错台量逐渐增大;渗流侵蚀扩散范围越大,地表沉降及管片结构变形越大。     

地面堆载作用下既有隧道的工作状态

随着城市的快速发展,在既有盾构隧道周边地块的开发利用过程中,进行地面堆载是不可避免的,为评估地面堆载对隧道结构安全的影响,以某线某区间盾构隧道为工程背景,首先,采用等效轴向刚度模型理论计算得出隧道变形界限值；其次,采用ABAQUS数值模拟软件,以隧道下卧软土层为地层条件建立三维实体数值模型,分析不同堆载范围和不同堆载大小对隧道结构纵向变形曲率、环缝张开量以及螺栓应力的影响；最后,将计算结果与隧道变形界限值进行对比,判定结构是否安全,并依此划分隧道的工作状态。研究成果对软土地区盾构隧道的结构设计和安全保护具有重要意义。     

盾构隧道下穿铁路线轨面沉降规律分析

以某市轨道交通5号线和平公园站至红钢城站区间隧道下穿武九铁路为依托工程,采用FLAC3D软件对盾构隧道下穿铁路施工引起的轨面沉降进行三维数值模拟分析,得到了既有铁路线轨面的沉降规律。研究结果表明,在盾构隧道施工过程中,武九铁路线轨面最大竖向位移为1.94mm,穿越隧道范围铁路线纵向沉降差最大值为0.62mm,武九铁路的变形值满足相关保护标准的要求,区间盾构隧道施工不会影响既有武九铁路的正常安全运营。     

城市地铁隧道对结构物上部桩基的影响

通过三维弹塑性有限元模型的建立,探讨软土地区盾构隧道开挖对地表沉降及上部桩基工作性状的影响规律。结果表明：地表沉降随盾构隧道开挖深度的增大而减小,而发生地表沉降范围增大;当桩体位于隧道拱顶正上方时,桩端与隧道拱顶间的最小安全距离为0.5d(d为隧道直径);盾构隧道开挖在其侧上方引起的影响区为距离隧道中心线1d的范围。     

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。     

盾构施工对地表沉降的数值模拟分析

以合肥地铁3号线某区间隧道为工程背景,运用有限元数值模拟软件MADAS/GTS建立三维隧道施工的数值模型,计算隧道施工过程中引起的地表沉降。分析盾构施工在不同掘进距离条件下地表沉降的变形规律。模拟结果表明:在拱顶位置地表产生沉降最的大竖向位移。隧道下部围岩的最大隆起发生在拱底处;地表横向沉降范围随着开挖面的推进而不断加大,盾构施工的横向影响范围为隧道直径D的3倍。盾构施工造成的隧道下部围岩横向沉降影响范围约为洞径的2倍。