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。     

隧道前方溶洞对盾构机掘进影响分析——以大连地铁5号线后后区间工程为例

城市岩溶地质对盾构施工易造成盾构机陷落、故障,溶洞坍塌;针对隧道前方的溶洞对盾构施工影响这一问题,依托大连地铁5号线后后区间工程,基于理论分析和MIDAS GTS数值模拟试验。以地表沉降、洞周变形、塑性区作为分析指标,选取溶洞尺寸、溶洞充填情况、溶洞处理前后对比作为分析工况和盾构掘进至溶洞距离作为变量,分析溶洞对盾构掘进的影响。研究结果表明:当掘进施工靠近溶洞时,洞腰水平变形和靠近掘进面的临空面纵向变形呈现非线性增长且与溶洞大小相关;掘进面与溶洞之间塑性区贯通距离与溶洞大小呈近线性关系,理论计算结果与数值模拟结果较为一致;处理后的溶洞变形得到有效控制,数值模拟结果与实测数据接近。研究结果可为岩溶识别处理和施工提供参考。     

近距离平行隧道盾构施工对老隧道影响的数值模拟

分析了盾构法施工对既有隧道的影响.以天津地铁某区间盾构施工为背景,采用有限元程序ABAQUS对近距离双线平行盾构掘进过程进行了动态模拟,揭示了盾构新隧道施工对既有隧道的应力分布和衬砌变形等产生的影响,得到了地表沉降曲线与影响既有隧道的具体数值.计算结果表明,土体的模量、隧道间净距和注浆压力等因素对隧道间相互作用有较大影响,且土体越软其影响越显著,但当距离大于洞径时,其影响可忽略不计.     

隧道前方溶洞对盾构机掘进影响分析

城市岩溶地质对盾构施工易造成盾构机陷落、故障,溶洞坍塌;针对盾构掘进前方隧道范围内溶洞对施工影响这一问题,依托大连地铁5号线后后区间工程,基于理论分析和MIDAS GTS数值模拟试验,以地表沉降、洞周变形、塑性区作为分析指标,选取溶洞尺寸、溶洞充填情况作为分析工况,盾构掘进至溶洞距离作为变量,结合溶洞预处理后与处理前对比分析。研究结果表明：不同溶洞尺寸和不同填充物对洞顶上方和地表竖向变形影响不大;当掘进施工靠近溶洞时,洞腰水平变形和靠近掘进面的临空面纵向变形呈现非线性增长且与溶洞大小相关;掘进面与溶洞之间塑性区贯通距离与溶洞大小呈近线性关系,理论计算结果与数值模拟结果较为一致;处理后的溶洞变形得到有效控制,数值模拟结果与实测数据接近。研究结果为岩溶识别处理和施工提供参考。     

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.     

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。     

合肥典型地层双线盾构近接下穿对高铁桥群桩的影响

为了了解合肥典型地层双线盾构近接下穿对高铁桥群桩的影响,以合肥地铁3号线盾构隧道施工近距离穿越高铁桥桩基群工程为例,利用有限元分析软件对盾构施工的全过程进行三维动态模拟,通过分析盾构施工过程中桩身横向位移、弯矩、轴力分布等变化规律,研究了双线盾构近接下穿对高铁桥群桩的扰动规律。结果表明:盾构隧道施工在穿越桩基础群时,距离盾构掌子面较近的桩受到的影响明显大于较远位置的桩;当盾构掌子面推进到与桩群相交处时产生的施工扰动最大;桩基础在盾构中心线上下一倍洞径深度范围内所受到的盾构施工扰动影响最大,桩身轴力和弯矩明显大于其他部位;且双线盾构隧道的后施工隧道的开挖使得先施工隧道周围桩基受到的扰动幅度得以降低。     

土压平衡式盾构掘进顶推力和刀盘扭矩理论研究

利用盾构技术对隧道工程进行掘进施工时,盾构的顶推力和刀盘力矩的大小是控制隧道掘进的两个重要参数,将直接影响掘进过程的难易程度和时间进度。基于土压平衡盾构的原理,运用数学方法和力学平衡法,从理论上分析研究盾构刀盘力矩和顶推力的影响因素,并进行理论推导和计算,根据依托工程的实测值,对比分析顶推力和刀盘扭矩理论计算值与实测值的差异,验证了理论推导和计算结果的正确性,为盾构技术的进一步发展提供理论参考。     

双线隧道盾构施工对临近 高层建筑物的影响分析

以北京市轨道交通6号线某区间盾构隧道工程实例为背景,针对双线盾构掘进先后通过临近高层建筑物的特殊情况,首先通过FLAC3D软件对该工程进行数值模拟,分析了先后盾构掘进两条平行隧道时地表最大沉降值的位置,以及盾构掘进与临近建筑物相互作用对地表沉降的影响;其次,对盾构掘进先后穿过高层建筑物的实测数据进行了分析,获得了双线盾构顺序穿越临近高层建筑物过程中地表沉降的变化规律;最后,分析了盾构施工对临近高层建筑物的影响.结果表明：在盾构面前方20 m作用的范围内,地表略微隆起,而盾构通过40 m后地表沉降基本稳定;后行隧道引起的地表沉降大于先行隧道引起的地表沉降;临近高层建筑物在隧道沉降槽影响范围内时,盾构施工对建筑物影响较大,而与双线隧道的先后施工顺序关系不大,数值计算和实测结果相符,对类似工程有一定的借鉴和指导意义.     

双线盾构隧道斜交下穿对高速公路的影响

为研究盾构隧道斜交下穿施工对既有高速公路工程的影响,以某城市轨道交通盾构下穿工程为背景,采用FLAC3D进行盾构施工三维数值模拟,分析了双线盾构施工对公路路面、路堑边坡的影响规律,评价了施工方案的安全性。结果表明：盾构斜交下穿时,路面沉降呈现三维非对称特征,在公路横断面方向,沉降曲线呈现左低右高的线性规律,在公路纵断面方向,沉降曲线呈现左高右低的不对称“V”形,且横断面方向沉降总是大于纵向沉降;边坡竖向位移大于水平位移,以沉降变形为主,开挖面距边坡坡脚水平距离约为2倍洞径时,边坡位移显著增加,该区段为施工强影响区;双线盾构贯通后,路面最大沉降值为3.15mm,纵向沉降变化率为0.0094% ,边坡最大水平位移为1.2mm,三者均小于变形控制标准,公路路基、边坡无塑性区出现,处于弹性状态,盾构下穿施工对既有高速公路影响较小。研究结果可为类似盾构下穿工程提供参考。     

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．     

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。     

隧道开挖对近邻复合桩基的影响效应

为了分析隧道开挖产生的位移场对近邻既有桩基的影响,本文基于给定的地层损失比并通过隧道上覆土层厚度与隧道直径之比来确定隧道收敛中心点的位置,给出了用位移控制有限元法模拟隧道开挖对近邻桩基影响的位移模式。与其他算法的结果比较表明,在地层损失比不大于3%的情况下,可以给出比较满意的结果。结合郑州地区工程地质条件和盾构隧道实际情况,用位移控制有限元法分析了隧道开挖对复合桩基承载性状的影响。结果表明,地层损失比和隧道与桩之间的水平距离是隧道施工对近邻桩基承载性状的主要影响因素。当隧道与桩之间的净距小于隧道直径时,施工中应采取一定的技术措施,以避免隧道开挖对桩基产生较大的影响。     

盾构隧道施工引起的地层位移对既有桥梁桩基的影响分析

盾构法已成为我国城市地铁施工中一种重要的施工方法,由施工引起的地面沉降对其周围环境的影响是盾构隧道设计和施工中非常重要的问题。本文根据某地铁盾构隧道穿越桥桩工程,应用三维有限差分软件FLAC-3D进行了数值模拟,并对计算结果和实测结果进行了对比和分析,研究了隧道开挖中产生的位移对既有桥桩的影响,得出桩基变形的规律,并提出相应的工程建议。     

盾构长距离下穿铁路股道引起的地表沉降分析

以天津津滨轻轨天津站至七经路站的盾构施工区间工程为对象,对多条铁路轨道下,盾构长距离推进过程中引起的地表变形进行了三维有限元数值模拟,根据模拟结果分析了盾构施工导致沿盾构方向和垂直于盾构方向的地表沉降量,总结了盾构施工各阶段发生的地表沉降变化规律;研究了盾构掘进对地表的扰动范围;模拟和分析了不同工况下盾构施工引起的地表沉降差异.结果表明,数值计算的地表最大沉降量在18~20 mm,与其监测值较吻合,注浆量对地表沉降的影响比注浆压力和土舱压力显著.
     

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。