基坑开挖对下卧地铁隧道影响的解析计算方法

为利用城市有限的土地资源,在密集的地铁邻近区域进行新建工程施工不可避免。以深圳市桂庙路改造工程为背景,考虑基坑开挖扰动导致抵抗下卧盾构隧道隆起的土体地基参数沿隧道纵向不均匀分布,将盾构隧道简化为Vlazov地基中的Timoshenko梁,对作用在下卧盾构隧道上的基坑开挖卸荷作用采用Mindlin解计算,建立基坑开挖引起既有下卧盾构隧道隆起变形量的理论计算模型,并与既有研究成果和现场实测结果进行对比验证;基于建立的模型对深圳市桂庙路新建基坑施工参数进行优化设计。研究结果表明:所建立的模型能够准确、有效地评估基坑开挖对下卧盾构隧道的影响;建议将原施工方案的3个台阶开挖高度分别调整为4,4和6 m,台阶步长调整为11 m。     

大体积覆土开挖卸载对盾构隧道的变形影响

采用有限元软件,对曹妃甸工业区跨纳潮河综合盾构隧道管廊在运营阶段上方规划河的开挖工况进行了分析,对大范围覆土卸载条件下的盾构隧道变形进行了研究．结果表明：盾构隧道在上方覆土开挖卸载时变形存在4处反弯点．通过加密设置变形缝,可满足盾构变形需要．     

盾构隧道施工对邻近建筑物的影响

为了弄清盾构隧道施工对邻近建筑物的影响,分析了盾构法地铁隧道穿越建筑物时建筑物自身沉降与内力变化状况．以某框架结构办公楼为研究对象,将建筑物和开洞地基看作一个有机整体,利用有限元软件ANSYS10．0建立三维非线性有限元模型,按照结构-土体-隧道共同作用进行了计算分析．分析结果表明,建筑物基础的沉降主要发生在地铁隧道穿越建筑物的区间段内．建筑物的横向倾斜随着盾构的掘进逐渐增大,而其纵向倾斜量最大值则出现在开挖面在建筑物中线附近时;在盾构穿越建筑物的过程中柱子的等效应力增幅可达20．1％;相对于弯矩而言,建筑物构件的扭矩变化更为显著;当开挖面越过建筑物20m时其变形和内力均趋于稳定．     

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.     

基坑开挖对邻近盾构地铁隧道变形机制研究

基于Mindlin理论对基坑降水开挖诱发邻近地铁隧道的应力应变及沉降进行理论研究。在结合逆作基坑实际开挖工况条件下,采用MIDAS/GTS大型三维有限元软件分析了基坑考虑不同降水情况下邻近盾构地铁隧道变形情况,并对不同模拟方案结果进行对比。结果表明,地铁隧道结构模拟结果合理,考虑降水情况下坑外土体的附加变形要比基坑开挖卸荷作用引起的土体变形大得多,抵消了隧道上抬变形趋势,使隧道产生了偏向基坑方向的变形,变形量值也大得多。     

黄土隧道围岩变形规律分析

结合石羊岭隧道工程,对高含水率黄土隧道开挖支护后围岩变形进行了研究。利用Midas/GTS有限元分析软件,建立了有限元计算模型,分析了石羊岭黄土隧道开挖支护后的位移场,并与现场监控量测数据进行了分析对比,得到了黄土隧道的围岩变形规律,给出了合理的支护方案。结果表明:留核心土施工法适用于此隧道,并从开挖过程得到隧道位移分布及影响范围;从现场监控量测数据可以得出,变形经历三个过程,最终处于稳定状态。数值计算结果与现场监测数据基本一致,并得到初期支护与二次衬砌间隔的时间为25天。     

盾构施工渗流场有限元模拟及其对临近土层的影响分析

根据渗流场和温度场控制方程及边界条件的相似性,将有限元软件ANSYS的温度场分析功能应用于盾构施工渗流场的研究,分析了盾构施工渗流场的特点,并利用ANSYS软件自带的APDL参数化语言开发渗流力计算模块.首先在渗流场内计算渗透力,然后将其作为应力边界条件施加于各节点进行应力和变形分析,以获取考虑渗流的隧道周边土体的应力和变形.研究结果表明,渗透力的存在是导致水下隧道开挖面失稳的重要因素,水向开挖面流动使得开挖面前方土体下沉,并使其具有向土压仓滑动的趋势.渗流引起的最大剪应力出现在开挖面前方拱顶和拱底处,最大剪应力值基本上与土仓内外水头差成正比;渗流的存在使得施工扰动的程度和范围加大,相比无地下水情况,掘进时必须增加掌子面推力来平衡渗透力,以控制地表变形,维持开挖面的稳定.     

城市综合管廊基坑施工变形及稳定性分析

针对我国城市综合管廊施工中面临的安全问题,本文旨在寻找一种安全经济的综合管廊施工方案。采用有限元法和极限平衡法相结合,重点研究了不同堆土方式、横撑数量、桩长度、桩型以及开挖方法 5种主要因素对管廊基坑施工的变形以及稳定性的影响。研究结果表明,当管廊基坑处于深度6~7 m,且周边环境较复杂时,两边堆土、2道横撑、17 m钢板桩和边挖边填的施工方案为最优施工方案。     

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.     

小净距上下重叠盾构隧道施工扰动数值分析

以杭州市环城北路地下通道为工程背景,对小净距上下重叠盾构隧道的施工扰动进行了研究。通过ABAQUS 6.13有限元软件进行数值模拟,对比分析不同开挖顺序工况下周围土体的变形特点,地表沉降的变化,以及后建隧道对先建隧道衬砌的变形和应力影响。研究结果表明:盾构隧道的开挖会引起明显的地表沉降,约3.0cm;后建隧道的施工会引起先建隧道的内外侧应力相应地减小;不同施工顺序对这两者无显著影响,但会显著影响已建隧道的衬砌位移。先上后下工况时,后建隧道对先建隧道表现为加剧衬砌沉降,而在先下后上工况时,后建隧道对先建隧道的衬砌顶部位移有保护的作用,累计减弱下沉0.46 cm。因此推荐采用先开挖下行隧道,再开挖上行隧道的施工顺序。     

浅覆地层盾构隧道下穿永宁门护城河的施工方案研究

以西安地铁二号线地铁隧道下穿永宁门护城河工程为依托,根据具体的工程地质和水文地质情况,利用开挖面的最小支护力原理,得出了盾构掌子面土仓内压力的安全范围,并就施工中河道内地表隆起较大的问题提出相应对策。采取在河道内堆载,并在盾构施工中合理控制土仓压力的措施,能有效控制地层变形,防止地表隆起。施工中的地层变形监测数据表明,提出的施工方案和技术措施正确可行,对未来类似条件下的隧道施工具有良好的参考价值。     

盾构开挖对地下管线影响的数值模拟分析

利用FLAC3D模拟了盾构隧道开挖对管线的影响.模拟过程中考虑了隧道应力逐步释放,然后逐步施作衬砌,并考虑盾构机的推进力.充分考虑了盾构开挖对不同管径,不同埋深的地F管线位移的影响.模拟了双圆隧道施工对地下管线的影响,对比了单孔盾构开挖于双圆盾构开挖对管线作用的机理的不同.分析了两种双隧道开挖对地下管线的影响.结果表明,管线与隧道相对位置以及管线自身的刚度、管径等不同,将对其变形产生较明显的影响,得出的规律为今后类似工程施工提供依据.     

砂卵石地层浅埋地铁锚杆竖向预加固理论及技术研究

盾构法在隧道施工中的应用越来越普遍,其施工过程不可避免地会引起地层的移动和变形。目前,对砂卵石地层中盾构施工地层变形规律和控制方法研究较少,缺乏可供参考的研究成果。依托砂卵石地层盾构施工现场工程,采用模型计算的手段,探讨了用地表砂浆锚杆对盾构施工隧道地表进行预加固的机理与效果。结果表明,此工程技术可有效提高砂卵石地层开挖段的土体抗剪强度,抑制上部松散地层的下沉滑移;得出浅埋地层锚杆加固深度合理范围,并总结出开挖土体内摩擦角和粘聚力的提高能有效减小开挖面应力的基本规律,从而为今后盾构隧道开挖面稳定性分析提供了新的思路和方法。     

基坑开挖对下卧盾构隧道的影响风险分析

目的研究基坑开挖对邻近既有下卧盾构隧道结构产生的附加应力及不均匀变形,为施工阶段既有隧道的风险评估及控制措施提供参考.方法以哈大客专沈阳站房改造工程为背景,探讨了基坑开挖卸载对下卧盾构隧道造成的主要风险因素及盾构管片破坏的类型,针对土体力学参数的空间变异性及随机性引入蒙特卡洛模拟与三维有限元相结合的方法对衬砌结构的风险事故发生概率进行定量分析.结果基坑开挖卸载之后,隧道横向位移及管片最大压应力超出规定值的概率均为0;上抬变形量及管片最大拉应力超出规定值概率分别为39.8%、2.29%.多种因素下盾构管片总失效概率为41.18%.结论基坑开挖方法要遵循减少单次卸荷量及隧道穿越跨度的原则,并且开挖后应尽量减少基坑的放置时间.     

盾构开挖有限元三维模拟实验

盾构技术在地铁开挖工程中有广泛应用,土体开挖引起地表沉降,影响到隧道本身及地表建筑物的正常使用及安全。利用大型通用有限元软件Abaqus,综合考虑各种复杂影响因素,建立盾构隧道三维开挖有限元模型,对盾构隧道动态开挖过程进行精细模拟,得出盾构开挖时土体位移沉降规律,讨论盾后注浆压力及支护压力模拟取值变化对地表最大沉降（隆起）的影响。研究的结论具有重要的理论价值和工程实际意义。     

地下管线变形与破坏的实验与监测研究

文章通过对取自现场的承插式煤气铸铁管在实验室进行加载实验,对管线的变形和受力状态进行研究,得到了管线变形曲率的极限值.并结合地铁盾构隧道施工的监测数据分析,研究了沈阳地区采用盾构隧道开挖方法所引起地表变形的一些规律和对地下管线变形的影响,并论证沈阳地区煤气管线变形监控值的合理性.     

地下隧道施工盾构端头土体加固三维有限元参数化分析——以天津地铁6号线宜宾道站—鞍山西道站区间隧道开挖工程为例

为确定盾构隧道端头加固所需范围,以天津地铁6号线宜宾道站-鞍山西道站区间隧道工程为背景,基于大型通用有限元程序ABAQUS进行三维建模,土体采用Mohr-Coulomb本构模型,对破除封门及开挖状态下的盾构施工进行了参数化数值分析。结果表明:盾构破除封门状态下,纵向土体最佳的加固长度为9 m。考虑到地下水的影响,端头土体纵向加固长度宜为盾构主机长度加上1.5～2.0 m止水厚度,最后的纵向加固长度宜取12 m;盾构处于开挖状态下,纵向土体加固长度为12 m,盾构机尾即将离开加固区时,盾构机机头与机尾的最大竖向位移为15.5 mm,倾斜角度为0.1°,故此工况下盾构机不会产生"磕头"现象。采用盾构隧道端头加固参数可以确保该区间隧道工程开挖状态下施工安全,对软土地区类似工程具有重要的理论与工程意义。     

紧邻基坑同步施工下坑间隧道的变形特性

摘要：
采用非线性平面有限元方法研究紧邻基坑同步施工下坑间土体与隧道的变形特性.将该方法运用到上海某基坑工程中的隧道位移预测,实测数据与有限元结果比较吻合,验证了其可行性.通过参数分析,讨论了基坑之间的距离、开挖宽度对坑间土体竖向位移的影响,并由此推算出了使得坑间地表土体平均竖向位移接近零的最优基坑间距与开挖宽度的关系.同时讨论了盾构隧道、明挖暗埋隧道与基坑的距离对于隧道竖向位移、支护结构侧移的影响.研究表明,开挖完成后,坑间盾构隧道的沉降比周围土体的沉降略小,而有围护结构的明挖暗埋隧道则表现为上抬,距离基坑越远,上抬量越小.
     

跨越地铁隧道超高层建筑桩筏基础数值模拟及优化设计

基于某跨越地铁超高层建筑的设计实践,采用Mohr-Coulomb屈服准则,利用ABAQUS建立三维有限元数值模型,研究地铁隧道穿越建筑物基础时对桩筏基础变形和内力的影响,并根据数值计算结果对经验方法的设计进行优化。数值分析结果表明:开挖增大了筏板的弯矩;隧道开挖会引起附近群桩向隧道方向挠曲变形,且前排桩的变形大于后排桩的变形,同一排桩中边桩变形大于中桩变形;隧道开挖对桩的桩身轴力、弯矩及水平变形的影响主要发生于桩顶至3倍隧道埋深的桩身范围内;随着盾构掘进正面推力和径向压力的增大,桩身挠曲变形逐渐减小并最终使桩身发生远离隧道方向的挠曲变形。     

双圆盾构施工土体沉降有限元数值模拟

依托于上海轨道交通M6线9标双圆盾构区间隧道工程,对双圆盾构隧道施工力学行为进行了三维有限元数值模拟.计算中考虑了隧道开挖、管片拼装、盾尾注浆、浆液固结等主要施工步骤,分析了双圆盾构施工土体深层沉降特征,土体沉降的量值与范围,并与监测结果对比,进一步揭示了双圆盾构掘进环境土工影响特征.可为异形盾构在我国的开发应用提供参考.