盾构隧道近距离侧穿桩基的施工力学响应研究

盾构开挖近距离侧穿既有桩基的问题值得关注。采用两阶段位移法,提出了近距离盾构开挖对侧向桩基影响的简化计算方法。以典型工程实例为背景,计算桩基受影响规律,且与三维数值计算结果对比分析。结果表明:盾构开挖引起侧向桩基最大水平位移为4.25 mm,相应弯矩和剪力最大值分别为1 176.09 k N·m、505.1 k N。桩受盾构开挖影响范围可以通过45°+φ/2的角度扩散计算确定。与数值计算结果对比分析表明,文章提出的计算方法可行,可用于预测盾构开挖引起紧邻既有桩基的扰动。     

地铁车站洞桩法施工对地层及邻近桩基的影响规律

以北京地铁国贸站工程为背景,分析大跨度分离式地铁车站采用洞桩法施工,对周围地层及邻近桩基的影响.采用现场实测方法分析洞桩法施工地层沉降的规律,认为纵向沉降明显分为前期沉降区、急剧沉降区和沉降收敛区,而急剧沉降区又分为导洞、扣拱及下部开挖3个阶段;横向沉降符合Peck曲线,影响范围为3~4倍洞径.采用三维数值分析方法模拟施工过程,选取典型的邻近桩基所在断面,研究车站施工对邻近桩基变形以及地表沉降的影响,对国贸站邻近桩基变形现场量测数据进行对比分析,认为邻近桩基沉降变形与其施工过程相对应,也分为导洞、扣拱及下部土体开挖3个阶段.影响沉降的主要因素是其空间位置,特别是桩基与车站结构的最小距离,其次桩端所处的地层条件也有一定的影响;施工对邻近桩基水平方向的扰动影响非常显著,扣拱施工对邻近桩基的侧向变形影响最大.在此基础上总结了车站上侧桩、中侧桩、下侧桩等邻近桩基的变形规律.     

顶管施工隧道扰动区土体变形计算

针对目前已有顶管施工扰动区土体变形预计公式存在的缺陷,提出了一种新的扰动区土体变形计算方法.将顶管施工隧道周边岩土体看作一种随机介质,将隧道开挖(或挤压)所引起的土体移动看作一随机过程,应用随机介质理论,对顶管施工隧道开挖引起的扰动区土体的移动与变形进行分析,推导了相应的扰动区土体下沉(隆起)、倾斜、水平移动、水平变形及弯曲曲率计算公式,并编制了相应的计算程序.研究结果表明:该方法预计结果精度高;顶管施工引起的扰动区土体的变形较大,超出地表建筑物及地下管线的允许变形,在实际施工中应采取有效的防护措施.     

桩基施工对邻近顶管隧道的扰动影响

预制桩静压施工会对桩周土体产生一定的扰动,进而对邻近既有顶管电缆隧道产生影响.顶管电缆隧道对管节的偏转和变形要求十分严格,一旦变形过大就会产生严重影响.为了确保顶管电缆隧道的正常使用,通过数值方法计算了预制桩静压施工对邻近顶管电缆隧道的影响,通过K0固结不排水剪切试验确定了软土小应变范围的参数取值,分析了桩长、桩-隧间距以及桩基挤土量对于隧道变形的影响.参考相关规范,以5 mm和15 mm变形扰动值为依据分别划分了预制桩静压施工对隧道变形强、弱影响区,为既有顶管电缆隧道周围的桩基施工提供相应的参考.     

真实复杂地层大直径钢顶管三维数值模拟研究

为了揭示地表沉降与管周土体扰动沿顶进方向的真实变化规律,本文提出了真实复杂地层三维数值建模方法。依托某市北线引水工程隐患整改顶管工程项目,采用FLAC3D分析平台开展了真实复杂地层和简化均匀地层条件下的大直径钢顶管施工数值模拟研究。模拟结果及现场地表沉降实测结果对比表明：基于真实复杂地层模型的模拟结果与现场沉降监测结果吻合较好,能够准确反映地表沉降沿纵向的变化规律,而简化地层模型模拟结果与监测值差距较大。扰动分析表明顶管施工时会引起其上方地层的沉降变形和下方地层的抬升变形,其变形值大小与地层土体性质和分布有关。顶管上覆土体横向位移基本朝向顶管轴线,其变形受土体空间分布的影响较小,但顶管下部土体的横向变形受土体空间变化影响较大。地表沉降的横向影响范围为?5.3D（D为顶管直径）,且受土层分布影响较小,但地表沉降值受地层分布影响较大。     

顶管施工对高架桥桩基础影响的数值分析

顶管施工广泛应用于市政工程的隧道开挖作业,但该方法对周围构筑物的影响仍需要进一步的研究。本文针对天津市某地下电缆隧道穿越高架桥桩基的实际工程案例,利用数值模拟方法建立了关于穿越高架桥桩基的沉井和顶管施工的有限元计算模型,研究了沉井和顶管施工过程中附近土体的扰动情况以及高架桥桩基的变形、受力等情况。结果表明,沉井和顶管施工都会对周围桩基础的应力和变形产生一定影响。在外径12.8米的沉井施工时,施工引起的土体卸载会使得沉井周围土体产生较大的隆起,最大回弹量为164 mm左右,三个方向（水平X方向、Y方向和竖向Z方向）的最大变形均出现在沉井上部土体周围,该沉井施工过程对距其30米处的高架桥桩基也产生了一定影响,桩体在X方向（指向沉井方向）上受到的影响较大,桩体顶部产生背离沉井的水平位移,下部则逐渐过渡到趋近沉井的水平位移,最大X方向水平位移量约为1.6 mm,对Y方向（垂直于顶管方向）的水平位移影响较小。在外径3.6米的顶管施工过程中,土体在卸载后会出现变形,最大位移为170 mm,变形出现在位于顶管底部的扰动土体。在X方向上,四个桩基均表现为桩顶部远离沉井、桩底靠近沉井的趋势。在Y方向上,桩身的最大水平位移出现在隧道开挖深度处,位移方向为远离顶管,影响范围为顶管隧道施工处上下15 m。     

大直径矩形顶管开挖面极限支护力计算方法

为进一步研究大直径矩形顶管开挖面稳定性,通过建立实际工程地质数值模型,对大直径矩形顶管发生主动极限破坏时开挖面前方土体的破坏区域进行简化;基于破坏模式,改进现有的楔形体计算模型,推导矩形截面主动极限支护压力的计算方法;将该方法得到的极限支护力值与实际工程计算结果进行对比验证合理性,继而进行影响因素敏感性分析。结果表明：提出的梯形楔形体计算模型与数值模拟结果相近,且优于等效截面计算结果,可见本项研究能够为大直径矩形顶管在土层中顶进时的确定合理的支护压力提供依据。     

顶管电缆隧道施工对邻近建筑物和地下管线的扰动影响

采用离心机物理模型试验和有限元数值计算方法探究了软土地区顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响,并提出修正Peck公式评估顶管施工对邻近浅基础建筑物的扰动影响.首先,通过离心机物理模型试验,定性分析了顶管电缆隧道施工过程中地层损失率变化对邻近浅基础建筑物和地下管线的影响;其次,将有限元数值计算结果与离心机试验数据进行对比分析,验证有限元计算的有效性;最后,通过有限元模拟结果提出用于评估顶管施工对邻近浅基础建筑物扰动影响的修正Peck公式,并与现场监测数据进行对比分析.研究结果表明:顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响随着地层损失率的增大而增大,地下管线刚度的增加可以有效减小邻近顶管隧道施工的影响;有限元数值方法可以较好地评估不同地层损失率下顶管隧道的施工工况;修正Peck公式能较好地反映在软黏土区域内顶管电缆隧道开挖对周围地层产生的扰动影响.研究结果可为软黏土地区顶管电缆隧道的施工提供一定参考价值.     

越江钢筋混凝土顶管施工三维数值分析

顶管法作为一种非开挖技术,在城市隧道管线的建设和改造中具有广泛应用。然而,顶管施工不可避免地会对周围既有结构物造成一定的影响。为了研究如何规避顶管施工的风险,基于白龙港南线输送干线的过江管工程的W2-W1标段,通过数值模拟的方法研究了顶管施工过程中机头支护压力、注浆模量、摩阻力的变异对地层、桩基变形影响的变化规律,并分析了软土地区复杂条件下顶管施工各施工参数对周围环境影响的敏感性。结果表明:在实际施工过程中,当机头支护压力略小于顶管中心土层自重应力时能有效减小环境影响;同时也需要尽可能减小注浆与顶管之间的摩擦系数,并根据实际目标需求选择注浆模量。     

桩基施工对邻近既有地铁隧道影响的数值分析

采用数值分析方法,建立桩-隧相互作用的三维有限元模型,通过改变桩-隧相对位置、隧道埋深、水平净距、桩基半径和考虑群桩因素,研究静压桩基施工对软土地区既有地铁隧道的影响。研究结果表明:桩基侧面施工引起的隧道变形较大,且随着桩身与隧道水平净距增大,变形在传递过程中不断衰减;浅埋隧道受扰动影响较为敏感,产生变形较大;桩基半径增大也会加剧隧道结构的变形;桩基邻近既有地铁隧道施工的影响区可划分为强影响区、一般影响区和弱影响区;群桩中的已存在桩对挤土效应具有阻挡效应。     

软土隧道开挖对群桩影响的三维分析

基于能较好地反映卸载条件下土体应力应变关系的HS模型,通过三维有限元模型对盾构隧道施工过程的合理再现,分析研究了上海等软土地区隧道施工对周边桩基础变形和内力的影响规律。基于数值仿真计算结果,重点探讨:1)隧道施工对群桩沉降变形的影响规律;2)隧道施工对不同位置桩身水平位移的影响规律及作用机理;3)隧道施工过程中桩端阻力以及桩身正负弯矩的发展演化规律。通过隧道施工对桩基变形与内力影响规律的揭示,可以发现,对于上海地区典型的软土地质条件,当隧道开挖面距参照面在1.5倍的隧道直径范围内时,隧道开挖对桩基沉降和承载力的影响最为显著。研究结论为软土地区隧道安全施工提供借鉴。     

非线性准则下隧道围岩响应的理论和数值分析

采用Hoek-Brown非线性准则描述岩土破坏特征更能反映岩体固有特点和非线性破坏特征,以及岩石强度、结构面组数、所处应力状态对岩体强度的影响。首先,通过理论分析,得到了围岩开挖后应力和变形情况;然后,利用数值计算软件,建立了Hoek-Brown准则下隧道的数值计算方法和计算模型,分析了隧道在开挖情况下的应力变形情况,得到围岩的径向应力、切向应力、剪应变分布、塑性区分布和位移情况,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比,结果表明:①隧道开挖引起岩体的扰动,使其从平衡状态转为不平衡状态。随着时间的推移,不平衡力逐渐在岩体中消散均化,岩体的扰动逐渐减小,最终趋于平衡。②数值解均略大于理论解,但二者差别十分微小,从而验证了数值方法的正确性。     

考虑扰动影响的地基非线性沉降分层总和分析方法

为预测工程地基土体沉降,针对受到施工扰动影响的地基土,基于扰动状态概念分别以抗剪强度和相对密实度为扰动参量建立扰动因子函数,从而提出能够考虑扰动影响的地基土修正Duncan-Chang模型.首先,考虑地基土实际应力状态,将地基土沉降变形视为由附加静水压力和附加偏应力引起的两部分变形之和,建立地基土沉降变形分析模型;其次,考虑地基土的应力历史并采用分级加载分析方法,给出了不同埋深地基土初始变形模量的确定方法;然后,基于虎克定律和修正Duncan-Chang模型并采用分级加载分析方法分别建立由附加静水压力和附加偏应力作用下的地基沉降变形计算模型,给出了考虑附加应力影响的地基土变形模量的确定方法;最后,将本文方法应用于工程实例并进行了沉降变形分析.研究结果表明:本文方法在反映地基土扰动程度、应力状态和应力历史等方面具有一定的优越性和可行性,其计算结果符合沉降预测规律.     

软土地层中分隔型基坑变形特性及应力路径

以上海软土地区紧邻历史保护建筑的超大地下综合体施工为例,建立考虑土体小应变特性的三维有限元计算模型,研究分隔型基坑变形特性及土体应力路径;将数值模拟结果与现场实测数据进行比对以检验模型参数取值的合理性,并基于此模型进行多工况计算分析。结果表明：仅靠优化基坑开挖顺序对基坑变形控制作用有限且不全面,有必要考虑地下结构回筑引起的基坑支护刚度和边界条件变化;先开挖小基坑并完成其地下结构回筑后再施工较大基坑的施工方案效果最优,与较不利工况相比可减小紧邻敏感建筑物侧围护结构最大侧向变形30 %;不同开挖顺序、地下结构施工引起的边界条件变化,以及不同排水条件使得坑内外土体应力状态复杂多变,其中坑内土体在不同工况下呈现不同应力路径,坑外土体则呈现多次卸荷的应力路径;当应用伺服式预应力钢支撑时,坑外土体表现出先水平卸荷而后加荷的应力路径,围护结构变形控制在开挖深度的0.1 %内,可有效保护周边敏感建筑物的安全。     

旁侧基坑开挖对超大直径盾构隧道变形影响分析

密集城市区近接基坑工程易引发超大直径（>15 m）盾构隧道变形、结构开裂及渗漏水.当前超大直径盾构隧道建设处于起步阶段,基坑影响下隧道变形响应规律不明,合理的影响分区匮乏.本文采用有限元软件建立超大直径隧道旁侧基坑开挖的三维有限元模型,分析超大直径隧道的结构变形响应机制,并探讨隧道埋深、隧道-基坑间距、基坑开挖深度等因素影响规律.结果表明,基坑开挖引发地层朝向基坑的“鼓肚子”水平位移和“勺子”状竖向位移;与小直径隧道相比,超大直径盾构隧道表现出较小的纵向变形和较为显著的横向变形;隧道变形随隧道-旁侧基坑围护结构距离增大而减小、随埋深增大先增大后减小、随基坑开挖深度的增大而增大.通过基坑开挖深度归一化后,隧道最大变形与隧道-基坑间距可用指数函数高精度拟合.提出归一化后的影响分区图,为实际工程超大直径隧道结构保护提供重要的参考.     

基于连续介质的裂隙岩体流固耦合数值分析

基于库区水位涨落或暴雨入渗,经过演变易造成滑坡,研究渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,通过理论推导,提出裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型;以湖北潘口水电站进水口边坡为研究对象,建立基于连续介质的裂隙岩体流固耦合渗流数值计算分析方法。研究结果表明:边坡在开挖过程中变形以卸荷回弹变形为主,回弹变形范围随开挖逐级增大,各级边坡开挖对邻级边坡变形的影响最显著,对较远坡段的影响逐步减弱;边坡开挖面基本处于小拉应力状态,边坡浅表层拉应力区分布范围及量值均很小;边坡全部开挖完成后,边坡的塑性区主要沿近坝的开挖马道外缘分布,分布范围小,在表层岩体内;裂隙岩体流固耦合模型的三维数值计算能够较真实地模拟边坡开挖过程位移场、应力场、塑性区、拉应力区的分布规律。     

宝兰客运专线洪亮营隧道滑坡成因机制探讨

根据现场调查和资料分析,认为洪亮营隧道滑坡属铁路隧道施工引发的工程滑坡,滑坡总方量约1.82×10~5 m~3,滑坡类型为黄土错落性滑坡,结合其形态和微地貌特征,可将滑坡从平面上划分为滑壁变形区、牵引滑体、主滑体、右侧次滑体和左侧次滑体5个区域.洪亮营隧道斜坡属自然形成的黄土斜坡,研究认为人类工程对斜坡的开挖扰动和路基施工中强夯形成的循环荷载是滑坡的主要引发因素.对滑坡的形成机理和过程可概括为4个阶段:开挖应力调整阶段、蠕滑剪切和拉裂阶段、锁固剪断和错落阶段、侧向分离扩展阶段,滑坡形成了垂直运动距离大于水平运动距离的错落性滑动,破坏了隧洞并封闭了洞口.采用有限元法对滑坡的变形进行了模拟,结果很好地反映了滑坡体内的变形场、应力场及破坏区分布,这样有助于更加客观、全面地对滑坡稳定性进行评判.     

地下厂房施工开挖过程的三维数值仿真分析

采用三维非线性有限元方法对某电站地下厂房主洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,数值仿真采用ANSYS软件,主要内容包括:施工开挖过程的数值模拟、有限元计算、位移分析、应力分析、屈服区分析和稳定性分析等.基于计算成果,研究地下厂房开挖过程中洞室围岩及岩锚吊车梁的变形状态、应力状态、屈服区分布以及整体稳定性,指出了在设计、施工中的注意事项,为后续施工提供参考.     

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.     

顶管施工引起地表塌陷及关键技术分析

长距离大断面顶管施工不可避免的引起土体扰动和土层损失,导致土体塌陷和地表拉裂等现象.以某长距离超大断面顶管工程为工程研究背景,对顶管施工引起土体变形的机理展开了分析,对顶进施工过程中土体产生塌陷、地表出现张拉裂缝的原因进行了阐释,探讨了地表变位对周边建筑(构筑)物的影响,以及分析了该工程中运用的进出洞、中继器、触变泥浆减阻、加强现场监测、以及其他应急措施这5种关键控制技术,得到了一些保证工程施工安全的有益的经验.