盾构开挖引起邻近桩基水平位移的简化计算方法

基于盾构开挖侧穿邻近桩基引起桩-土相互作用的实际工况,提出了一种可预测桩基水平变形的简化计算方法. 采用两阶段法获得盾构开挖引起邻近桩基水平位移简化计算方法,第一阶段采用Loganathan公式计算盾构开挖引起邻近桩基轴线处土体自由水平位移场;第二阶段把桩基简化成 Euler-Bernoulli 梁放置在 Vlasov 地基模型上,建立桩基水平位移控制方程,结合桩基两端约束情况,采用差分法获得邻近桩基的水平位移矩阵解. 随后考虑群桩之间的土体遮拦效应,进一步获得邻近群桩的水平变形差分解 . 通过与两个既有工程案例实测以及既有地基模型计算结果对比,验证了本文方法的优越性. 群桩参数分析表明：地层损失率及隧道埋深的增大均会引起邻近群桩水平位移的增大,但桩身产生最大位移处会随着隧道埋深增加而增大;桩隧之间间距的增大会引起邻近群桩水平位移的减小,但其减小速率逐渐变缓.     

盾构隧道开挖引起既有管线的竖向变形研究

建立了基于双参数Pasternak地基模型的管线竖向变形计算方法,第一阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析方法计算盾构隧道开挖引起的既有管线轴线位置处的土体自由位移场;第二阶段将既有管线视为Pasternak弹性地基上的无限长梁,将土体自由位移施加于管线,推导并求解了管线的平衡微分方程,得到了管线竖向位移和内力的表达式.进一步推导并求解了考虑侧向土体作用时的管线平衡微分方程,得到了更符合实际的管线变形.基于简化弹性空间法获得的地基参数,将Pasternak地基和Winkler地基的解析计算结果与数值计算结果以及工程实例监测数据进行对比验证,证明了Pasternak地基模型的优越性和本文计算方法的有效性.     

北京地铁敞口式盾构掘进对砂层土体扰动规律研究

敞口式盾构在砂层掘进时会扰动周围土体,易引起地层坍塌.以北京地铁6号线2期敞口式盾构施工段为工程背景,阐述了国内首台挤压式敞口盾构机机体构造及开挖工序,通过地表沉降和地中水平位移监测,研究了盾构掘进对砂层的扰动特征.结合盾构掘进参数分析,探讨了减少土体扰动的控制措施.研究表明,盾构接近测孔区阶段,土体变形规律最复杂;通过和刚脱离测孔区阶段是土层变形控制的重要环节;盾构隧道轴线两侧1.5倍洞径范围内是土体扰动主要区域.所得结论可为砂土地层敞口式盾构施工地层位移控制提供可鉴参考.     

考虑剪切变形下隧道开挖引起邻近桩基水平向响应简化分析

隧道开挖引起邻近桩基的变形影响理论研究都将桩基简化成Euler-Bernoulli梁搁置在传统的Winkler地基模型和Pasternak地基模型上,忽视了桩基变形时桩基自身剪切变形的影响。基于两阶段分析法,采用Loganathan公式计算隧道开挖引起邻近土体自由位移场,再将桩基简化成可考虑剪切变形的Timoshenko梁放置在Kerr地基模型上,建立桩基水平方向受力平衡方程,结合桩基两端约束条件,获得邻近桩基的水平位移及其内力半解析解。随后考虑群桩间土体遮拦效应,进一步获得隧道开挖对邻近群桩的变形影响。通过与工程实测数据及有限元模型计算结果对比,验证了本文方法的合理性。研究结果表明：邻近群桩水平位移及其弯矩随着地层损失率增大而线性增大;隧道埋深增大会引起邻近群桩水平位移减小,桩基弯矩峰值在隧道埋深较大时明显减小;桩隧间距增大会引起邻近群桩水平位移及其内力减小,其减小速率逐渐变缓。     

隧道开挖引起上覆既有隧道受力变形解析解

为了精确且快捷地评估隧道开挖对上覆既有隧道的影响,首先基于Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体竖向自由位移解,然后将上覆既有隧道视为搁置在Vlasov地基模型的欧拉梁,综合考虑隧道两侧土体对既有隧道受力变形的影响,最后采用积分法获得既有隧道纵向变形解析解。案例分析结果表明：该方法计算结果与实测数据接近;与该方法的退化解析对比,该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明：增大地层损失率会引起既有隧道纵向位移和内力呈现线性增加的趋势;既有隧道抗弯刚度的增强会导致其纵向位移的减小,且会造成其内力增强;新旧隧道竖向距离和土体模量的增大会有效地减小既有隧道纵向位移和内力。     

新建隧道对上覆既有隧道受力变形解析

为了理解既有隧道在盾构下穿影响下的受力变形规律,提出一种既有隧道与土体相互作用解析方法。采用Loganathan解获得盾构下穿引起周围土体自由位移场;随后,将既有隧道假定成放置在Vlazov地基上的欧拉梁,考虑既有隧道两侧侧向土体作用,基于既有隧道边界条件及Taylor级数展开获得隧道变形响应解析解。通过与上海工程和离心机实测数据比较：该方法与实测数据较为接近,证明该方法的可靠性;与该方法退化解析解比较,该方法计算结果更符合实测数据,随后对相关参数进行分析。参数研究表明：随着新旧隧道竖向间距的增大,既有隧道受到盾构开挖的影响逐渐减小;增大地层损失率会引起既有隧道位移及弯矩线性增大;提高既有隧道抗弯刚度能够明显减小盾构开挖对既有隧道受力变形响应。     

不同隧道位移边界和土体损失对上卧管线的影响

盾构隧道掘进对地表以及构筑物的影响主要是由掘进过程中土体损失引起的。前人在地铁盾构隧道开挖对地下管线的影响分析大多是基于三维的隧道开挖模型,隧道开挖引起的土体损失采用强度折减法或者假定一定的土体受损率。文章基于Park提出的隧道周边4种径向位移边界条件,以某实际工程为例建立二维隧道与管线的相互作用模型,讨论不同位移边界条件以及不同土体损失情况下,隧道开挖对管线的影响,对椭圆化位移边界条件和均匀位移边界条件进行比较分析。结果表明,椭圆化位移边界条件更接近实际,同时为了保证上部构筑物的安全,盾构掘进时土体损失率尽量控制在0.5%以内,并且可以对管线进行适当的注浆。     

半封闭地下空间中盾构掘进对土体的扰动分析

为分析半封闭地下空间中盾构掘进对周围土体及结构的影响,以上海市轨道交通7号线某盾构区间侧穿地下连续墙为背景,进行了现场数据监测及三维有限元数值模拟.研究结果表明:地下连续墙在束缚了土体侧向位移的同时,盾构掘进使软土向隧道侧产生位移,并增大了土体的竖向位移;在盾构掘进过程中,地下连续墙所围半封闭空间体内土体中土压力近似正...     

土体竖向位移对被动单桩影响的简化分析方法

采用两阶段分析法研究地铁隧道开挖引起土体的竖向位移对单桩的影响。第一阶段应用Loganathan和Polous提出的修正解析解估算土体的竖向位移,为简化计算采用五次多项式拟合土体的自由位移;第二阶段基于文克尔地基模式,将土体位移施加于桩上,首先建立被动土体位移作用下单桩竖向位移控制方程,然后分别采用常数变易法和有限差分法求得均质地基和非均质地基由于隧道开挖引起单桩的竖向位移、轴力和桩周摩阻力的理论解。     

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。     

深基坑开挖引起邻近地下管线位移的两阶段法

针对深基坑开挖引起的周围地下管线位移,基于两阶段法,首先给出了基坑开挖引起的周围自由土体位移的计算方法,然后结合Winkler弹性地基梁模型,建立了受土体卸载附加变形影响的地下管线竖向和水平方向位移方程,通过有限差分法求解出地下管线位移。将此方法应用于工程实例,其理论计算结果与现场实测数据基本吻合,验证了两阶段法的合理性及适用性。本方法可用于分析管线埋深、管线距离、地基土性质等因素对管线变形的影响。     

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。     

一种基于Gibson土的改进Vlasov地基模型

对 Gibson土中的 Vlasov双参数地基模型进行了改进 ,导出了相应的特征函数 ,并就集中及均布条形荷载下土中内力及地面位移进行了分析 .结果表明 ,土体的非均匀性对其内力与位移影响较大 ,应予考虑     

隧道掘进对周围土体的沉降影响分析

以盾构掘进工程为研究对象,建立了关于盾构掘进和的管片衬砌的力学模型,研究了由盾构机掘进施工过程对周围土体造成的影响.用ANSYS数值分析软件对所选取的盾构掘进隧道和足够大断面区域土体进行分析,采用Soild45单元来模拟土体和该区域之间的联系,并通过杀死和激活单元来模拟土体的掘进过程.研究结果表明,当盾构机掘进、管片衬砌及注浆的过程中,研究对象会发生沿Y轴对称的非线性变化,沉降量在隧道孔的上下两端达到峰值,但在孔的左右两侧位移量较小.盾构隧道的开挖、建环对地层的影响范围大体呈"V"型,在该地层下地标一倍洞泾以外沉降量较小,且模拟量略小于仪器监测值.     

盾壳摩擦对邻近单桩工作性状影响的研究

盾壳摩擦作用下土体受到挤压和剪切,可引起临近桩身所受弯矩和变形显著增加.本文建立了考虑盾壳摩擦作用的三维有限元模型,研究了盾构掘进过程中不同盾壳摩擦作用对邻近单桩工作性状的影响,并以天津地铁东南角站至建国道站区间盾构工程为依托,结合盾构掘进参数及地表沉降的监测结果进行验证.研究结果表明,考虑盾壳摩擦作用的盾构掘进会引起土体沿掘进方向的水平位移显著增大;盾壳摩擦的增大会造成邻近单桩桩顶沉降、沿掘进方向的桩身水平侧移和桩身弯矩增大,而对桩侧摩阻力、垂直于掘进方向的桩身水平侧移和弯矩影响微弱;盾壳摩擦对桩顶沉降的影响具有滞后性,当盾构机脱离桩身后,对其变形更需要严格控制.     

超大地面荷载下盾构工作井叠合结构的力学响应

为了解决现行盾构工作井的设计缺乏对超大地面荷载作用的验算问题，通过开展室内缩尺模型试验，研究盾构工作井从施工期到服役期在超大地面荷载下地下连续墙与主体结构侧墙所构成叠合结构的力学响应，并考虑盾构工作井周围土体中地下水的作用，探讨土体抗剪强度减小对超大地面荷载最大值的影响。结果表明：在超大地面荷载作用下，盾构工作井中隔墙的抗压刚度较大，以受压的形式承担了大量的荷载效应，导致叠合结构上部容易发生低应力水平下的整体水平位移，进而在围护结构底部发生失稳，导致整体破坏；主体结构侧墙在施工期的初始挠度及叠合结构整体水平位移使得叠合结构中地下连续墙承担了大部分内力；通过观测室内缩尺模型中叠合结构的变形量，由模型数据换算得到盾构工作井顶部极限超载为445.5 kPa,远大于盾构工作井周围土体地基承载力特征值130 kPa,验证了采用地基承载力对超大地面荷载下地面硬化进行设计的安全、可靠性。     

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.     

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.     

盾构下穿引起上覆管线变形的解析计算方法

盾构下穿易引起周边土体产生自由位移，并进一步对邻近既有管线的受力变形产生较大影响。论文从能量角度出发，采用Rayleigh-Ritz法获得管线变形函数，并基于Pasternak地基模型建立管线在外力作用下的势能方程，采用最小势能原理对管线能量进行变分求解，获得盾构下穿引起上覆既有管线受力变形解析解。与既有文献实际工程监测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与基于Pasternak和Winkler地基模型差分解进行对比分析，该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明：增大隧道开挖半径、地层损失率会导致管线变形及其弯矩的增大；隧道与管线的夹角的增大会减轻管线变形，但会增大管线弯矩。     

成层地基中静压单桩挤土效应试验

采用室内模型试验研究了成层地基中静压桩沉桩过程,对模型桩整个沉桩过程中的挤土效应进行了分析研究。通过模型试验对在均质不同软硬地基中静力压入单桩过程产生的位移场进行了比较分析,获得了浅层土体、桩身周围、桩端处土体不同的位移变化模式,并揭示了桩周不同位置特别是软硬土层交界处土体位移随水平和深度方向的变化规律。试验结果表明,均质地基挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应;对于成层地基,最大径向、竖向位移均出现在软硬土层交界面处,由于软硬土层力学性质的差异,土体位移主要表现为,软层处位移变大,硬层处位移变小。试验获得的结果便于进一步明确静压桩沉桩过程中挤土效应的内在机理,对预估沉桩的施工影响和指导沉桩设计都具有现实意义。