上覆软弱路基加固对既有地铁隧道沉降的影响规律

为研究道路施工引起下方既有地铁隧道的沉降问题,在地铁隧道上方斜穿施工道路的基础上,进行了现场隧道沉降变形实测研究,分析了道路在路基注浆加固、路床和路面结构层施工阶段中地铁隧道的沉降曲线。建立地铁隧道-土体-道路模型对道路施工的注浆加固过程及路床和路面结构层施工进行模拟,通过比较地铁隧道沉降计算结果与现场实测值,验证了该精细化模型的准确性。基于此,分析了路床和路面结构层总施工厚度、道路土体性质、隧道下卧土层、隧道衬砌强度等关键参数对地铁隧道的沉降影响规律。结果表明：地铁隧道的沉降值与施工厚度呈正相关关系;道路的存在对隧道的沉降影响越小,其弹性模量和泊松比对地铁隧道沉降几乎没有影响;卧土层的弹性模量越大,土层越不易变形,且地铁隧道沉降越小;衬砌弹性模量增大对地铁隧道沉降影响反而越小。     

合肥地铁盾构隧道下穿河道施工数值模拟分析

文章针对合肥地铁1号线盾构下穿南淝河存在的安全隐患,基于流固耦合原理与有限差分方法,采用FLAC3D对隧道盾构开挖流固耦合效应进行模拟,分析了盾构推进过程中隧道周边土体孔隙水压力规律、竖向应力场、拱顶沉降等。研究表明:盾构开挖导致隧道拱顶及两侧土体孔隙水压力明显降低,地下水在水压力的驱动下向拱顶与两侧流动,这些部位容易出现危险,要防止涌水事故的发生;考虑流固耦合后,围岩竖向应力值变大,最大拉应力与压应力均变大,隧道周边局部围岩出现较大的应力集中现象,对隧洞安全不利,拱顶竖向位移增大,竖向位移在水平方向从隧道中心向两侧不断减小,而土体后期固结沉降占最终沉降的比例达到30%,要加强后期监测,防止沉降过大影响隧道安全。     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律

以西安地铁3号线某暗挖站区间双线地铁隧道施工为背景,采用有限差分软件FLAC3 D建立土体三维力学模型对双线地铁隧道台阶法施工过程进行动态模拟;并结合现场实测数据分析台阶法施工引起的地铁隧道围岩及地表变形规律。结果表明:(1)台阶法施工诱发的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降出现在隧道中线偏右方约3 m,最终形成的沉降槽宽度约为隧道洞径的2倍。(2)台阶法施工诱发的纵向地表沉降在开挖面前地表沉降量最大,随着开挖掌子面距离越远,沉降量越小,最后在开挖进尺40 m附近趋于稳定。(3)隧道拱顶纵向沉降曲线与地表沉降变化趋势基本一致。帮部围岩变形呈现出先快速增长后逐渐平稳的趋势,且影响范围逐渐增大。所得结论可为双线地铁隧道施工和变形预测提供参考。     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律研究

以西安地铁3号线某暗挖站区间双线地铁隧道施工为背景,采用有限差分软件FLAC3 D建立土体三维力学模型对双线地铁隧道台阶法施工过程进行动态模拟;并结合现场实测数据分析台阶法施工引起的地铁隧道围岩及地表变形规律。结果表明:(1)台阶法施工诱发的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降出现在隧道中线偏右方约3 m,最终形成的沉降槽宽度约为隧道洞径的2倍。(2)台阶法施工诱发的纵向地表沉降在开挖面前地表沉降量最大,随着开挖掌子面距离越远,沉降量越小,最后在开挖进尺40 m附近趋于稳定。(3)隧道拱顶纵向沉降曲线与地表沉降变化趋势基本一致。帮部围岩变形呈现出先快速增长后逐渐平稳的趋势,且影响范围逐渐增大。所得结论可为双线地铁隧道施工和变形预测提供参考。     

基于随机介质理论的香丽高速某隧道浅埋段拱顶沉降预测

为了提高地下隧道施工的安全性,加强不稳固围岩的支护强度,基于随机介质理论对隧道浅埋段拱顶沉降进行了预测。以随机介质理论为基础,将隧道相关参数整合,输入到编好的程序中,得到隧道理论沉降值。然后,利用有限元分析软件对隧道开挖及发生沉降的过程进行模拟,通过观察模型应力、应变及位移的变化,确定隧道模拟沉降值。将隧道拱顶沉降实际值与理论及模型值进行比较,结果表明,基于随机介质理论的隧道拱顶沉降预测方案具有较高的可信度,可以为相关隧道工程提供参考。     

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.     

软土隧道拱顶与地表沉降关系研究

通过对深圳地铁一期工程区间隧道地表、拱顶下沉的现场实测及回归分析和数值模拟,提出了预测拱顶下沉的指数函数方法和超前拱顶下沉数值模拟方法.数值分析验证了回归效果,同时明确超前拱顶下沉量较大.最后结合隧道开挖应力释放及地下水流失,造成的地层失水效应,分析了拱顶与地表沉降的关系,得出深圳软土地层地铁隧道建设中普遍存在的地表与拱顶沉降相差较大的现象与现场监测滞后掌子面及地层中含水含砂有关.     

隧道掘进对近接垂直交叉隧道的三维有限元分析

为研究隧道施工顺序对隧道开挖的影响,采用三维有限元分析方法模拟某垂直穿越隧道的开挖过程.基于砂土的亚塑性本构模型并考虑土体的小应变刚度,分析施工顺序对垂直交叉隧道的影响,研究对既有隧道附近土体的应力传递机制.研究结果表明:与无既有隧道工况相比,既有隧道的存在使得最大沉降量降低14％;新建隧道在既有隧道上方时,地表沉降较大,但影响范围小,当掌子面接近既有隧道中心线时,既有隧道的应力由拱顶传递至拱肩;当掌子面距离既有隧道中心线后方3D和前方6D之间时,应力释放对既有隧道的影响显著;新建隧道在既有隧道下方时,既有隧道产生的变形和弯矩更大;在垂直交叉隧道施工中,应充分考虑施工顺序对地表沉降、既有隧道的影响.     

考虑土拱效应的盾构隧道施工地表沉降规律研究

在盾构隧道施工中,易因地层损失引起地面沉降。在PECK公式中,假定地表沉降槽面积等于地层损失,忽略了土体在开挖前后应力状态的变化而产生的变形,从而产生误差;在隧道拱顶,因土体的不均匀沉降形成土拱,部分土体自重应力被转移到邻近的土体而出现应力释放,引起土体回弹,因此土体沉降槽面积小于地层损失。基于此,本文提出了一种考虑隧道拱顶土体卸荷回弹后的沉降槽面积计算方法,并据此对PECK公式的地表沉降计算方法进行了修正。     

超大断面隧道双侧壁导坑法开挖步序优化

重庆市轨道交通5号线1期3标段为富水浅埋扁平超大断面隧道工程,采用9步双侧壁导坑法中的对称开挖步序施工。应用MIDAS-GTS软件建立隧道三维有限元模型,计算了3种不同开挖步序条件下地表沉降、围岩变形和支护结构受力情况,并将计算结果与现场监测数据进行了对比验证。验证结果表明:扁平超大断面隧道拱顶区域受力作用面较大,拱顶区域围岩及喷混支护应力较大,拱顶稳定性较低,拱脚应力集中。施工阶段隧道结构对横向变形较为敏感,3种开挖步序拱脚水平收敛值曲线随施工步序呈现多台阶变化;中隔墙核心土拆除时,水平收敛值及拱顶沉降值曲线出现突变,该阶段应增大监测频率。对3种施工步序进行了数值模拟,提出了本工程地质条件下大跨扁平隧道施工的合理步序。     

回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性研究

贵阳市地铁1号线望新区间隧道地质环境复杂,位于回填区,地下水丰富,埋深浅。针对此类环境,首次将三台阶七步开挖法引进到地铁区间隧道施工中,通过影响隧道开挖稳定性的关键因素分析及施工方法的数值模拟,结合现场实测,研究了回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性。研究结果表明：超浅埋开挖,回填土地层承载拱难以形成;开挖过程中拱顶、拱脚及仰拱部位产生拉应力,拱腰部位出现应力集中,为压应力区;地表及拱顶沉降变形主要受上台阶导洞开挖的影响,中、下台阶导洞的影响次之,核心土开挖影响较小;核心土及仰拱开挖对拱底围岩变形产生较大影响;因此在开挖过程中要对上述位置进行重点监测,可为今后类似工程提供借鉴。     

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。     

盾构隧道施工对管片环和地表沉隆变位的影响研究

结合某地铁区间盾构隧道所处围岩地质状况,引入荷载释放系数,采用三维有限元法对盾构隧道施工所引起的隧道应力场和位移场、管片环整环变形、地表三维沉隆变位与横、纵向沉隆曲线分布变化规律进行了深入研究,得到如下结论:(1)隧道施工将引起呈带状分布于隧道拱顶的较大管片环应力,且该应力随施工进程增幅较小。(2)管片环最大和最小位移分别呈带状分布于盾构隧道拱顶和拱底,且随着掌子面的前行略有增加并渐趋稳定。管片环呈横向变形趋势发展,拱顶下沉量最大,拱腰外扩量次之,而拱底隆起量最小。(3)随着掌子面的逼近,前方约15m处地表形成隆起,随后下沉且该沉降速率较大,两侧土体向隧道中线移动,地表沉降槽较大但渐趋稳定。     

基于地质区划下地铁盾构引起的建筑物沉降预测

城市地铁盾构隧道掘进会造成邻近建筑物发生结构变形及沉降。由于不同建筑物所处位置各异,盾构隧道穿越土体的上覆土厚度、岩层组合、地下水埋深等情况不一,因此,建筑物沉降规律存在较大的差异。文中基于南宁市水文地质条件、岩层组合模型及工程结构特征等因素对地铁盾构施工区间线路进行地质分区。根据盾构隧道施工引起的建筑物沉降曲线基本符合高斯分布的特点,结合建筑物的基础埋深、刚度、与隧道的相对位置等因素,对地表沉降Peck公式的地层参数进行修正,得到不同地质分区建筑物沉降预测公式。以南宁地铁一号线某区间为实例,将建筑物沉降预测公式计算值与实际监测值进行对比,结果表明两者拟合相关系数为82%,说明公式具有良好的适用性,可为南宁市地铁后续线路邻近建筑物沉降预测提供参考。     

穿越地裂缝带地铁隧道结构应力预测方法研究

西安地处国内地裂缝发育最强烈的汾渭盆地,地裂缝的活动性会造成地铁隧道结构扭曲及衬砌面开裂并影响地铁的施工及安全运营.采用特殊材料制作几何相似比常数为1∶20的地裂缝与地铁隧道结构相互作用的隧道模型,通过对隧道模型结构应力监测数据与应力预测值进行对比分析揭示了地裂缝位错作用下隧道的变形破坏规律,并建立了地铁隧道结构应力的预测模型.试验结果表明:随着地裂缝位错量的增加,位于隧道结构上部的地裂缝上盘压力增加、下盘压力减小,位于隧道结构下部的上盘压力迅速减小、下盘压力持续增加;位于地裂缝下盘的隧道结构上部整体受拉而下部整体受压,位于地裂缝上盘的隧道结构上部先受压后受拉;位于地裂缝下盘的隧道结构沿纵向发生向下的弯曲变形致使其环向应变表现为拱底受压而拱顶和左右两拱腰均受拉的受力特点;指数平滑法对初始观测值的要求低且受异常值影响小可作为隧道结构应力预测的首选方法,当应力值达到预警值时进行报警采取适当的加固措施可保证地铁隧道的正常施工与安全运营.     

富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响,依托某电缆隧道下穿广深铁路工程,通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究,并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时,开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素;当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时,列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大,而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大;当同时考虑列车荷载和地层富水时,隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果,可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合,但由于其未考虑加固止水措施,地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施,将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内,隧道底部隆起控制在5 mm以下,可以保障项目的顺利实施与列车的运行安全,并为同类型工程提供一定的经验参考。     

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。     

硬岩地层地铁暗挖车站施工过程力学分析

地铁暗挖车站因其埋深浅、开挖尺寸大,隧道围岩应力演化剧烈且复杂,塌方事故风险大,隧道支护设计面临极大挑战。为精细化模拟地铁暗挖车站分部开挖及初期支护全过程,以青岛地铁6号线海港路站为对象,建立三维数值模型,结合现场监测数据,研究硬岩地层暗挖大跨隧道施工过程力学特征。结果表明：拱部上导洞开挖造成围岩强度储备显著降低,引起拱顶及地表沉降量占最终值的54%和56%,左、右导洞开挖对应的拱顶围岩应力变化较小,引起拱顶沉降分别占最终值的30%和13%,直墙部等后续施工影响更小,从总体过程来看上导洞开挖对隧道沉降控制最为关键。全部贯通后,拱顶围岩强度储备值高于其他部位,边墙围岩强度储备值接近极限状态,从隧道各部位围岩强度储备角度上看,边墙最为关键需支护。总体上,地铁暗挖车站虽跨度大、埋深浅,但由于硬岩地层围岩强度高而几乎没有产生塑性区,锚喷格栅初期支护即可使隧道达到较高的稳定状态。     

城市地铁隧道施工引起的地面沉降

分析了城市隧道施工引起地表沉降的原因, 主要包括地层损失和在新的应力状态下土层固结与蠕变方面的原因.通常认为地层损失的体积等于隧道地表沉降槽的体积,而忽略了由于隧道施工降水排水和新的应力状态下土层固结引起的沉降变形.以矿山法施工为例,推导了隧道施工在新的状态下的土体内部孔隙水压消散的公式,进而考虑土体的固结引起的沉降变形.研究成果应用到南京地铁Ⅰ号线鼓楼玄武门段,根据具体地质条件和矿山法施工的实施进行理论计算分析,结果表明同时考虑地层损失和土体固结变形计算的地表沉降与实测结果吻合较好.     

不均匀沉降下隧道与土体相互作用模型位移分析

文章以城市轨道交通及市政管道建设为研究背景,通过数值模拟对穿越不均匀沉降区域的马蹄形截面隧道与土体的相互作用进行了分析,得出研究试验模型。模型中把不均匀沉降区域分成上下盘,模型中考虑上下盘相对错位移动,模拟实际工程中的不均匀沉降。研究结果表明,随着上下盘位错量的增加,上下盘接触部位受影响的土体范围内,标志点逐渐增大,与隧道顶部接触土体的竖向位移也逐渐变大;上盘错降过程中,下盘隧道顶部沉降变形最大,上盘最小;隧道衬砌结构的变形区域出现在预设缝两侧,并且随着竖向位错的增大而增大。