黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律

为了研究黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律,采用渗流-应力耦合三维非线性有限元方法,系统分析了西安地铁某区间隧道衬背空洞注浆病害治理过程中隧道结构体系变形规律,并与实测位移成果进行对比分析、相互印证。实测结果表明,注浆过程中,地表累计沉降值为31mm,累计隆起值为5mm;管片累计横向位移值为45mm,上浮量达55mm,最终导致了管片破损和位移。耦合数值分析表明,地表累计沉降值为41mm,累计隆起值为62mm;管片累计竖向位移值为65mm,累计收敛峰值为47mm。基于渗流-应力耦合改变地下水位的方法计算得到的管片竖向位移和收敛结果与实测结果吻合良好,由于未考虑渗流过程中水流携带泥沙侵蚀空洞的复杂因素,地表沉降值与实测值相差较大,但变化趋势基本一致。     

双线隧道下穿引起框架-剪力墙结构竖向位移分析

地铁隧道施工会引起地表沉降,对地面环境产生影响.当地面存在建筑物时,会引起建筑物的变形.以青岛地铁隧道下穿某建筑物为例,利用施工过程中监测到的地表沉降数据,借助随机介质理论和Peck方法反分析地表移动参数,研究了地表沉降规律,并在隧道下穿建筑物时进行地表沉降预测;通过有限元软件ANSYS建立了研究对象建筑物的三维有限元模型,并进行了数值分析.研究结果揭示了隧道施工对钢筋混凝土框架-剪力墙结构沉降变形的影响规律.     

爆炸冲击下盾构隧道衬砌结构的动力响应特性

考虑现实生活中城市地铁隧道内可能出现的意外或恐怖袭击爆炸事件,运用有限元Midas/GTS软件数值模拟爆炸过程,分析爆破荷载作用下隧道管片的变形、振速、内力及地表的变形情况,分别选取3种不同管片接头模型进行对比。结果表明:爆破荷载作用对隧道管片的影响较大,而对地表的影响较小,其竖向位移随地表与爆炸源正上方位置距离的增大逐渐减小;不同接头模型中管片的内力与变形规律相似;隧道管片内力随时间先增大后减小,采用局部刚度折减法时管片的内力明显区别于整体刚度折减法与不折减法,折减区管片内力较大,整体管片内力分布不均匀现象更为明显。     

软土地层盾构近距上跨运营地铁施工技术

为研究新建线路上跨既有地铁隧道的施工控制措施的合理性,通过现场试验的方法研究了杭州地铁7号线上跨既有地铁1号线的施工措施,并对隧道变形及地表沉降监测数据等进行了分析.研究表明:1号线运营地铁的道床变形、管片收敛及病害扩张等均得到有效控制;7号线施工过程中的地表沉降、管片姿态等均在允许范围内.研究结果对类似盾构近距离上跨...     

软硬地层下双顶管掘进参数对管片及地层的影响性研究

软硬地层中双顶管掘进参数不当所导致的周围土体变形、姿态偏离、刀盘磨损等问题在实际工程中屡有发生。以南宁平花河顶管为工程背景,通过数值模拟研究软硬地层中不同掘进参数组合对周围地表沉降及管片应力的影响。得到结论如下：开挖面掘进压力对地表变形的影响呈现出非线性特征,地表沉降及其减小的速率随着掘进压力增大而减小;注浆压力与横向地表沉降之间呈现出线性递减的趋势,影响区域约为双隧道中心2倍隧道直径范围内;管片最大Mise应力与盾尾注浆压力、千斤顶推力均呈现线性递增的关系,当注浆压力、管片千斤顶推力分别增加10 kPa,每环管片的最大Mises应力相应分别增加64 kPa、17 kPa;开挖面掘进压力增大时,管片应力呈向着非线性递增的趋势,管片应力变化也相应减小,掘进压力从0kPa变化至20 kPa时的管片应力变化率为40~60 kPa的1/4~1/3     

稳态渗流条件下盾构隧道松动土压力计算模型研究

越江海或地下水丰富的盾构隧道在长期使用过程中渗水情况时有发生,由此引起的渗流场对隧道顶部荷载的影响是不容忽视的,但现有的松动土压力计算理论很少考虑渗流效应,对此提出了稳态渗流条件下的盾构隧道松动土压力计算模型.考虑盾构隧道处于稳态渗流状态,基于复变函数的映射变换,推导了隧道覆土内的孔隙水压力与渗流力表达式;引入小主应力轴旋转理论,得出了相应的侧压力系数计算公式;基于太沙基土拱效应分析模型,在渗流作用与主应力轴旋转效应分析的基础上,采用极限平衡法建立了竖向应力的微分方程,给出了盾构隧道顶部的有效松动土压力解析解答,分析了关键参数对计算结果的影响,并与有限差分软件FLAC的模拟结果进行了对比验证.研究结果表明:渗透系数相对值越大,隧道拱顶的有效松动土压力越大,但渗透系数相对值增大到一定程度后,该值的变化对于土拱效应影响很小;管片内侧水头恒定时,隧道拱顶的有效松动土压力随着渗流量的增加而减少;地表水头高度越大,隧道顶部的有效松动土压力越小;地表水头高度一定时,管片内侧水头高度的增加会削弱隧道顶部土拱效应;拱顶土体的位移越大,土拱效应越强;本文模型计算结果与FLAC模拟结果吻合良好,验证了本文模型的有效性.     

盾构与浅埋暗挖隧道小净距并行施工工法优选

针对新建暗挖隧道对已建盾构隧道的影响,以济南地铁R3线盾构与浅埋暗挖隧道小净距并行段为依托,对暗挖隧道不同施工工法进行模拟优选,分析在帷幕注浆加固条件下新建暗挖隧道对已建盾构隧道管片变形及应力的影响,并结合现场实测数据对比验证优选施工方法的可靠性.研究结果表明:暗挖隧道施工工法对于地表沉降和隧道管片的变形影响显著,其中交叉中隔墙(cross diaphragm,CRD)法和双侧壁导坑法在控制地表沉降、管片变形及应力方面差异较小,且两者均优于核心土法和中隔墙(center diaphragm,CD)法.综合考虑施工速度、影响范围以及地表与既有盾构隧道变形控制等因素,确定暗挖隧道采用CRD法施工.现场监测表明采用优选的施工工法可以保证地表变形和盾构管片变形控制在允许范围之内.     

基于流固耦合的泥水盾构隧道施工引发地表变形

利用泥水盾构隧道开挖面平衡稳定原理,对泥水介质渗透的微观机理进行分析.同时,以具体工程为研究对象,结合流固耦合基本原理对由于开挖面泥水渗流所引起的隧道开挖位移场进行计算分析.研究结果表明:泥水介质向开挖面前方土体渗流时,将引起隧道地表附加沉降,且泥水压力大于主动土压力时,泥水压力越大,附加沉降量越大,但总沉降量越小;泥膜渗透系数越小、泥膜厚度越大附加沉降越小;适当增加施工进度有助于减少附加沉降.因此,在高渗透性地层条件下采用泥水盾构施工时,应确保泥水介质的质量,适当提高施工进度,尽量减少泥水渗透对开挖面稳定性及地表变形的小利影响.     

双线盾构隧道断面及相对空间位置对地表沉降的影响

通过FLAC3D数值模拟软件对黏性土层条件下双线盾构隧道引起的地表沉降特征及其变化机理进行了数值模拟研究,分析了隧道断面大小及双线隧道相对空间位置(如:考虑隧道断面尺寸影响的净埋深、净间距)等设计因素对双线隧道地表扰动范围、沉降曲线特征以及沉降量的影响。研究结果表明,隧道直径越大,地表沉降量最大值越大,地表沉降曲线不对称性越明显。双线隧道净埋深与净间距的比值C与地表沉降曲线形状密切相关,C1.50时地表沉降曲线为"W"型,地表沉降量较小,影响范围相对较大;C=1.50时为平底盆地型,C1.50时为"V"型,地表沉降量相对较大,但是影响范围较小。所得结论可为平行双线盾构隧道的规划和设计提供参考。     

渗流作用下重叠隧道施工引起地层变形

以深圳地铁5号和7号线重叠段为背景,采用三维数值分析方法,对渗流作用下重叠隧道施工引起的地层变形规律进行研究,并与实测数据校验,分析开挖应力释放和地下水渗流共同作用对地层变形的影响。研究结果表明:纵向截面内,7号线施工时上覆地层变形较小,变形范围最远发展至开挖面前方4倍隧道高度处,5号线施工则造成较大地层变形,渗流引起开挖面前方2倍隧道高度范围内水位下降,拱顶上方局部土层出现整体下沉;横向截面内,7号线施工引起的土体变形仍然较小,变形区域可由1条与洞周相切、倾斜角度为45°+φ/2的斜线确定,在渗流影响下,5号线施工时截面内水位逐渐降低,土体变形加剧,同时变形范围扩大,地表沉降槽宽度大幅增加;整个施工过程中,地表经历约40 d的快速沉降,速率维持在1 mm/d以上,通过设置止水措施能够有效减小最终沉降,然而当重叠隧道开挖面间距大于一定数值时(本工程为12 m),间距增大对计算沉降量影响较小,通过减小开挖面间距可以缩短工期。     

浅埋小净距隧道中壁法开挖注浆范围及隧道错开步距分析

由于城市地下空间有限,提供给隧道施工的空间极小,越来越多的浅埋小净距隧道出现在城市中,明确浅埋小净距隧道开挖引发的地表及支护变形规律是保障施工安全的重要前提。以赣州蓉江过江隧道为研究背景,通过现场及室内试验确定注浆前后土层强度参数的变化情况,采用有限差分软件构建对应的数值计算模型,分析浅埋小净距隧道开挖引发的地表沉降及支护变形规律,最后研究不同注浆范围及隧道错开步距的控制效果。研究结果表明：注浆后,土层强度参数提高约40%,抗变形能力提高约130%;隧道开挖后地表沉降由非对称的“V”型分布逐渐转变为对称的“W”型分布,地表最大沉降位置最终出现在后行隧道上方地表;注浆加固能有效控制地表及初期支护变形,提高隧道错开步距对变形的控制效果影响较小,建议现场施工的注浆范围为隧道拱顶至拱顶上方6~8 m范围,先行隧道及后行隧道的错开步距选取为40 m。     

地表荷载对地铁车站箱体影响实测及有限元分析

对天津地铁1号线西站车站及隧道在地表荷载作用下产生的沉降进行了现场监测和有限元分析,由于变形缝的存在使结构沉降表现为非连续性;地表荷载下基底土体产生塑性应变导致卸荷后结构仍存在不可恢复的残余变形;侧向地表荷载会导致结构产生较大的倾斜差异沉降并使结构扭转。在此基础上研究了地表荷载位置、结构埋深因素对于存在变形缝的地铁结构箱体变形的影响。结果表明：变形缝的存在会削弱结构刚度、加剧结构沉降以及结构间的差异沉降,并且不同荷载位置下结构的沉降特点也各不相同。此外,对于浅埋结构,荷载位置距结构越远,结构的变形越小,且结构埋置越深地表荷载对结构的影响也越小。     

隧道衬砌变形引起的地层位移规律探讨

采用数值分析方法研究了隧道衬砌在土水压力的作用下,断面所产生的椭圆化变形引起的地层位移规律,并基于随机介质理论,给出了计算隧道椭圆化变形引起地层位移的方法。通过实例计算对所建议的方法给予了说明,指出衬砌受压变形造成的地层位移是地表沉降槽曲线偏离高斯分布规律的重要原因之一。     

小曲率半径隧道盾构施工的地表沉降规律分析——以南昌地铁1号线为例

为探究小曲率半径隧道盾构施工引起地表沉降的变化规律,利用Mindlin解建立小曲率半径隧道盾构施工引起地表沉降的解析计算模型,以南昌地铁1号线盾构隧道工程为依托,通过与现场监测和已有Mindlin解析计算模型的对比分析,验证本文所建立沉降预测模型的合理性,并依次从盾构附加推力、盾壳不均匀摩擦力和地层损失对地面变形的影响进行分析。结果表明：本文所建立的小曲率半径隧道盾构施工引起的地表沉降解析计算模型可有效应用于实际隧道工程的沉降预测,提高了预测精度;盾构开挖过程中,横断面地表沉降槽呈V形,近似正态分布,施工产生的地层损失对地面沉降的影响更大;随着盾构路径两侧推力及摩擦力分布不均程度的增加,地面沉降槽中心偏移情况而增大,地面沉降与地层损失呈非线性相关。研究结果可为类似拟建和在建盾构隧道工程提供理论指导与参考。     

西安地铁盾构下穿古城墙沉降分析及加固效果

为研究双线盾构下穿过程诱发地表沉降的规律及上部古城墙的变形特征,依托地铁4号线区间隧道下穿和平门古城墙工程,通过数值模拟和现场测试手段对沉降及加固效果进行分析。结果表明:在袖阀管注浆加固及门洞钢拱架支护等作用下,城墙地基区域地表沉降值减小4mm,城墙结构沉降减小约2.2mm,避免了地基局部隆起过大和倾斜率超限;城墙地基区域加固工况下地表横向沉降曲线为宽而浅的单峰沉降槽,未加固工况下表现为窄而深的双峰沉降槽;左、右线隧道施工存在相互影响,且变形稳定后右线隧道地表沉降峰值大于左线。现场实测与数值计算的结果吻合良好,分析方法和研究结果可为日后黄土地区类似的盾构穿越工程提供有益的参考。     

松散堆积体隧道围岩空间位移特征分析

为研究松散堆积体隧道施工引起围岩空间位移的变化,采用弹塑性非线性有限元法对隧道开挖过程进行仿真模拟,将空间位移分为地表沉降、周边围岩位移和掌子面挤出变形3部分进行分析,并与既有理论和现场测试数据进行对比。数值计算结果表明:隧道开挖引起的围岩变形具有明显的三维特性,掌子面前后方影响范围均约为20m,横向沉降槽呈明显的"深沟"形,沉降槽宽度较小,与塞形曲线拟合度最高;周边围岩拱部下沉和隧底隆起范围与量值均较大,水平收敛较小,下台阶支护封闭成环后变形趋于稳定;上台阶掌子面挤出变形呈中间大、周围小的"圆形放射状",下台阶掌子面挤出变形总体较小;与现场测试值相比,拱顶下沉和净空收敛偏大,地表沉降两者基本一致。     

基于流固耦合效应的红砂岩地层深基坑围护结构变形特性分析

降水渗流引起的基坑变形问题十分复杂,采用流固耦合的数值方法,以兰州某地铁车站红砂岩深基坑为研究背景。对围护桩体水平位移、基坑内外土体竖向位移和水位变化进行现场监测,利用FLAC3D建立车站基坑降水开挖耦合模型,分析了围护结构的变形特性以及基坑内外土体竖向变形规律。结果表明围护桩体最大水平位移在0.5倍左右坑深处;基坑开挖对周围土体在0至2.5倍坑深范围内的沉降变形影响显著,最大沉降值发生在距离基坑边缘约0.55倍坑深;降水引起的基坑内外沉降随时间增加呈减小的趋势,降水与立柱桩联合作用使坑底隆起显著减小,基坑内外同时降水有利于解决红砂岩透水问题。考虑流固耦合的数值模拟与现场监测相结合预测兰州地区基坑变形更具科学性。     

节理岩体中连拱隧道施工对周边建筑物的影响

以重庆东水门大桥—千厮门大桥渝中区连接隧道为研究对象,基于UDEC软件建立离散元数值模拟分析模型,研究了城区连拱隧道施工引起的地表沉降,上部建筑物基础沉降及倾斜,新建隧道下方已有轨道六号线的变形、受力特征,并将监测数据与数值模拟进行对比分析。结果表明,连拱隧道左侧隧道上导坑施工引起的隧道拱顶沉降和基础沉降量最大,经计算上部建筑物基础最大沉降量为3.81mm,最大倾斜量为0.02%,建筑物基础沉降量和倾斜在规范许可范围之内;隧道施工引起的地层损失使得轨道六号线左拱肩向上隆起,六号线弯矩分布规律和其变形形态基本一致,弯矩最大值位于左拱肩部位,最大值为238kN·m;数值模拟计算结果与监测数据量值相当,变形趋势基本一致;采用UDEC软件可以准确地计算出隧道开挖过程中节理的存在对隧道周围建筑物变形的影响。