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。     

地面堆载对盾构隧道变形影响的有限元分析

城市施工过程中盾构隧道附近地面出现土方堆载会对隧道管片产生不利影响,情况严重时可能会导致隧道管片开裂。本文以三维数值计算的方法,分析了既有盾构隧道在附近地面堆载情况下堆载位置与隧道埋深对盾构隧道管片变形的影响,得出既有盾构隧道受不同影响因素作用下的变形规律,分析结果可以对保护既有盾构隧道提供参考依据。     

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。     

大跨度卸载对下卧盾构隧道影响的数值分析

结合哈大客专沈阳站房改造工程研究了大跨度卸载对下卧既有盾构隧道管片及接头的影响.为准确反映管片环向接头在附加荷载作用下的张开、错位等情况,基于Flac3D建立三维模型,运用嵌入式梁单元模拟了螺栓接头,并针对实际工程中坑底堆载保护措施进行了数值计算.结果表明,既有隧道在2倍卸载宽度范围内发生隆起变形,最大隆起量为1593mm,最小纵向曲率半径为28248m,并且管片环向接头在附加荷载作用下产生的错位量及张开量分别为067,137mm,各项控制指标均满足工程要求.表明坑底堆载措施能保证盾构管片及接头在上部基坑施工期间的安全性.     

带状堆载对邻近桩基作用效应的计算方法

为研究路基等带状堆载对邻近桥梁桩基础受力影响的计算方法,基于Terzaghi地基承载力公式,将地表的带状堆载等效为埋深为0的条形基础荷载,根据承载力计算公式中地基土整体剪切破坏时的滑动面形状,采用极限平衡法,得到保证地基稳定的最大堆载高度以及带状堆载主要影响区的计算公式;判断带状堆载邻近桩基础是否受堆载影响,并得到带状堆载作用下地基土体侧移变形的计算深度及对邻近桩基础的推力计算公式,将上述作用效应施加到堆载邻近的桩基础上,使堆载作用下邻近桩基础受力模型简化为一般的被动受荷桩,采用m法计算了桩身效应。同时,建立带状堆载与邻近桩基础相互作用的有限元模型,分析堆载规模对邻近桩基变形特性的影响,并将理论计算结果与有限元结果进行比对。研究结果表明:堆载作用下地基土体浅层一定深度内发生了侧移变形,推挤邻近桩基而发生不同程度的挠曲,堆载作用下地基土体侧移存在影响深度范围;带状堆载作用对邻近桩基础的受力变形存在主要影响区,在该距离范围内堆载对桩基础影响明显,超过该范围后其影响并不消失,而是维持在较低水平;理论计算和有限元计算结果反映的规律基本一致,理论结果比有限元结果略保守,研究可为类似工程提供借鉴。     

外有堆载的深基坑桩锚支护结构性状

为研究坑边堆载对桩锚支护结构的内力和位移的影响,采用有限元数值模拟方法,运用Adina软件对实际基坑工程的开挖支护过程进行模拟,得到了支护结构分别在不同堆载大小、堆载宽度和堆载距坑边距离作用下的位移值和弯矩值的变化曲线.研究结果表明:堆载对支护结构的内力位移影响较大,不同堆载作用形式对支护结构的影响规律不同,减小堆载大小、增大堆载宽度和距坑边距离可有效减小支护结构的位移,使桩身弯矩分布更合理.     

考虑水压影响的M-C准则修正及数值模拟

地下水对岩体工程的稳定性具有重要影响。基于岩石有效应力原理修正M-C准则,以FLAC3D中的M-C模型为基础,推导修正模型H-M-C中的拉应力屈服函数,剪切、拉伸势函数,实现该模型的FLAC调用。分别采用M-C模型与H-M-C模型进行巷道稳定性的数值模拟分析,对比不同水压作用下模型计算结果的差异。结果表明,H-M-C本构模型可以较好地用于水压力作用的数值模拟计算,水压力造成巷道变形增加、塑性区的范围变大,围岩更易发生破裂。     

隧道侧方基坑对隧道上方围岩压力拱的影响

现有关于基坑开挖对邻近隧道影响研究多是从位移变形和地表沉降直接探测其影响,鲜有研究从围岩"压力拱"来分析基坑对侧方隧道上方围岩稳定性影响。基于应力路径法原理,运用ANSYS有限元数值模拟,从既有基坑对新建隧道与新建基坑对既有隧道两方面,研究基坑不同深度、不同宽度、不同基坑与隧道之间的净距3个因素分别对侧方邻近隧道及上方围岩压力拱内外边界的影响规律。结论如下:既有隧道上方压力拱内外边界受侧方新建基坑不同深度、宽度和净距的影响敏感度低于新建隧道受侧方既有基坑不同深度、宽度和净距的影响敏感度,且敏感度相差最大的影响因素是基坑宽度。引入内边界增加值Δh,用于计算隧道在基坑影响下增加的竖向均布荷载,并判定上方围岩是否成拱,重新确定隧道深浅埋高度,并列出一定参考值。该研究可为隧道邻近基坑施工时的稳定性和安全性研究提供参考借鉴。     

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。     

注浆对开挖卸荷下既有地铁隧道竖向变形的影响

以北京金融街地下交通工程为背景,采用FLAC3D数值分析软件,选择不同的注浆范围,对注浆上方开挖卸荷引起的既有地铁隧道竖向变形的影响进行了分析,结果表明,注浆能有效控制既有地铁隧道竖向变形.结合既有地铁隧道竖向变形控制标准,得到了合理的注浆范围,经与实测结果对比,数值计算结果与现场监测数据相吻合,保证了既有地铁线路行车安全,并且为实际工程节省了造价.     

临近基坑开挖引起的隧道变形预测分析

随着城市地下空间开发利用的快速发展,基坑开挖对邻近隧道的影响成为工程中不可忽视的问题。文中分析了基于反向传播神经网络法(BPNN)预测临近基坑开挖引起的隧道变形。首先,基于土体的小应变特性,采用有限元软件(Plaxis 3D)数值模拟计算得到关于隧道变形的完整数据库,基于此数据库训练检测BPNN模型的准确性,并利用此BPNN模型定量分析各输入变量(隧道与支护结构相对水平距离、隧道相对埋深、支护结构的最大位移)对隧道变形的影响。最后,将BPNN预测结果与17个工程案例实测结果进行对比分析,可以看出两者具有很好的一致性,说明BPNN模型能够准确预测基坑开挖引起的隧道变形,为实际工程提供一种简便的预测方法。     

深基坑开挖和降水对紧邻既有地铁隧道的影响

以深圳某深基坑工程为案例,利用Midas-GTS有限元软件建立三维数值模型,基于流固耦合理论分析基坑开挖和降水对紧邻既有地铁隧道产生的影响,以期为实际的基坑设计和施工提供有效的数据参考。结果表明:基坑降水造成的地下水渗流具有空间差异性,基坑长边侧渗流速度大于短边一侧,且地铁隧道处水力梯度较大;最大总位移出现在地铁隧道中部,且近基坑侧隧道产生的总位移比远离基坑侧隧道多一倍,其中最大水平位移发生在隧道侧边,最大沉降位移发生在隧道顶部;测斜位移曲线具有明显的拐点,临近地铁隧道的基坑长边一侧在35～40 m深度处可能形成潜在滑动面。     

分离岛式地铁车站交叉洞群施工的周边环境效应分析

为研究分离岛式车站交叉洞群的周边环境效应,以广州市某暗挖地铁车站为工程背景,采用数值模拟的分析方法,建立了正线隧道、联络通道和站台横通道的多洞室数值计算模型,同时考虑左右线隧道穿越不同岩性的地层,有限元模型地层为不均匀地层。通过数值模拟研究了隧道交叉洞群施工引起的地表沉降、围岩应力应变特征、支护变形受荷规律等,并将模拟结果与相应的现场监测数据对比分析。计算结果表明：中洞施工会引起围岩应力场位移场重分布,上覆围岩会向两侧滑动,造成洞间土体呈受压状态,侧洞会向两侧位移;支护结构最大应力值出现在隧道与联络通道的接口处,并且隧道支护结构应力值大小与距交叉段远近成负相关,离交叉段越远,支护应力值越小。研究成果为今后类似工程条件下城市地铁隧道施工提供参考。     

无中导洞连拱隧道掌子面纵向间距优化

作为一种大跨径地下结构形式连拱隧道结构复杂,无中导洞法能在提高施工速度的基础上降低中隔墙渗漏水。为研究连拱隧道无中导洞法施工活动对隧道先后行洞的影响程度,以陈家滩隧道为研究对象,通过数值模拟研究了不同间距下先后行洞的影响范围、先后行洞的影响程度以及中隔墙的倾覆趋势。结果表明：当先行洞开挖至控制截面5 m范围内时,对围岩的影响最大,其围岩位移释放系数增量达到了40%以上;超过控制截面10 m时其围岩释放系数达到了93%以上,影响程度较小;超过20 m时影响程度可以忽略。当先后行洞纵向间距大于35 m时,影响程度接近10%,纵向间距大于40 m时,影响程度小于10%。从中隔墙的倾覆程度来看,当先行洞开挖完成时,中隔墙的倾斜程度达到最大,倾斜度约为3.28×10^-4;而纵向间距大于30 m时倾斜度差值为0.351×10^-4,此时中隔墙倾斜程度较大极差较小,有利于中隔墙受力。故先后行洞开挖掌子面纵向间距建议控制在30～40 m。     

地形偏压对公路隧道偏压程度影响模型试验研究

为研究地形偏压对公路隧道偏压程度影响,以鹤大高速回头沟隧道为依托工程,采用铁砂、汉白玉等材料,按照几何相似比1∶80,容重相似比1∶1制作隧道模型,结合现场试验验证模型试验的合理性,研究不同埋深、地表坡度对公路隧道偏压程度影响.试验表明:①随着埋深的增大,隧道偏压程度不断减小,当埋深达到35 m以上,偏压程度变化较小,...     

开挖隧道支护结构的数值模拟研究

应用ANSYS有限元软件,将交通荷载作为静载作用在隧道所穿越路面上,对浅埋隧道施工开挖进行静力二维分析,研究隧道施工中既有线通车时,拱顶与地表面的竖向位移和力学特性、支护结构的受力和安全可靠性,通过二维结果确定隧道设计和施工方案的可行性.     

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析——以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC~(3D)(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。     

不同近接度下新建盾构施工对既有钻爆隧洞稳定性的影响

软岩地区新建盾构隧洞近接既有钻爆法隧洞时会产生大变形等特征,需确定两隧洞的合理净距。通过数值模拟与现场监测,研究了不同近接度下新建盾构隧洞施工对既有钻爆法隧洞稳定性的影响。结果表明：通过对比锚杆应力数值模拟与现场监测结果验证了模型的合理性;受盾构隧洞开挖的影响,钻爆法隧洞整体向左下沉,净距越小影响越显著,且隧洞两侧衬砌结构受力不均匀,近接盾构侧衬砌以受压为主,另一侧以受拉为主。随着净距的减小,近接区域塑性区逐渐贯通,近接侧的拱肩和拱脚处出现新的剪切破坏;建议最小净距大于10 m,在小于10 m的汇交段应加强支护以减小后行隧洞对先行隧洞的影响。研究结果对近接隧洞施工具有一定指导意义。