地面堆载诱发下盾构管片变形分析

本文依托苏州地铁S1线某区间盾构隧道,针对后期沿线可能出现的堆载问题,采用地层-结构法建立精细化三维数值分析模型,系统地探究了堆载条件下,隧道上覆、穿越和下卧软土地层对盾构管片变形的影响规律。结果表明：在地面堆载作用下,上覆荷载经过土层扩散,使管片变形沿纵向呈“正态分布”,竖向变形最大处位于堆载位置正下方的拱顶处;隧道最大水平位移发生在荷载作用位置正下方管片的左右拱腰处,并且左右拱腰同时产生向外的水平位移;当堆载中心在隧道正上方时,隧道下卧软土层时隧道变形量最大,其次是隧道穿越软土层时,隧道上覆软土层时对隧道竖向变形影响最小;隧道下卧土层的弹性模量对隧道结构变形影响最大,且弹性模量越小,结构变形越明显。     

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。     

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.     

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.     

偏心堆载作用下盾构隧道横断面变形规律及其控制限值

基于修正惯用法,计算偏心堆载作用下隧道衬砌环的围压,采用MIDAS/GTS NX软件建立单环管片环的三维有限元模型,计算围压作用下管片环的横向变形及内力情况;提出采用椭圆度作为评价隧道结构变形的评价指标。研究结果表明:在偏心堆载作用下,盾构隧道结构呈现"斜椭圆"变形,在椭圆长轴两端隧道内侧发生挤压的现象,混凝土的应力较大。由于应力集中,管片与管片的接缝处的应力较大;椭圆度同时适用于对称和偏心堆载情况下的安全状态评价,混凝土和螺栓最大应力都随着椭圆度增大而增大,近似呈线性关系。当达到混凝土的屈服应力时,混凝土发生破坏,混凝土最大应力不变,螺栓最大应力增长变快,螺栓最大应力-椭圆度曲线斜率变大。     

基于FLAC3D的砂质淤泥质土层地铁施工影响因素分析

为分析叠交地铁施工中既有隧道变形的影响因素,依托苏州市轨道交通S1线工程S1-TS-05标段,针对在砂质淤泥质土层中盾构上穿施工导致的既有隧道的沉降与变形,采用数值模拟方法分析隧道几何参数、空间位置、地层参数等因素对既有隧道的影响,结合现场监测验证数值计算的准确性。研究结果表明：在砂质淤泥质土层盾构上穿施工中,既有隧道的位移和管片变形以竖向沉降为主,且沉降量随着盾构直径的增大而增大,随着覆土层厚度、新旧隧道净距、下穿角度,以及地层弹性模量的增大而减小。现场监测数据与模拟结果较为吻合,既有隧道位移与距叠交中心距离呈负相关关系。研究结论可为同类型地层条件下叠交地铁隧道盾构施工变形控制提供参考。     

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。     

地面堆载引起下卧盾构隧道剪切错台变形计算研究

采用Boussinesq公式求解得到地面堆载工况下隧道轴线处的土体附加应力;基于剪切错台模型,运用最小势能原理计算得到下卧地铁盾构隧道的纵向位移以及相邻盾构衬砌环之间的错台量和环间剪切力。通过算例分析,研究堆载面荷载q、堆载偏移距离s、隧道上部覆土厚度h以及堆载尺寸B和L对隧道纵向位移的影响。研究结果表明:q越大,盾构隧道的沉降量就越大,但隧道沉降影响范围并没有增大;随着s增大,隧道沉降量越来越小且沉降量减小的速率加快,隧道的水平位移则先增大后减小;随着h增加,隧道最大沉降减小,同时隧道沉降影响范围加大;B的改变对隧道竖向位移影响非常小,L的改变对隧道沉降量及范围的影响较大;隧道的竖向位移要明显大于隧道的水平位移。     

考虑地层变异性的新建隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法

沿盾构隧道纵向的地层变异不可避免,现有对于新建隧道引起既有盾构隧道纵向变形计算的解析模型大多将隧道下卧土体视为均质地基,忽略了地层变异性。本文针对新建隧道施工引发的既有盾构隧道纵向变形问题,构建考虑地层变异性的盾构隧道纵向力学解析模型,基于随机场理论,结合蒙特卡罗模拟策略提出隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法。依托1个工程案例,基于所建立的盾构隧道纵向变形随机分析方法,开展新建隧道下穿施工影响下既有盾构隧道纵向变形随机分析,并与实测结果进行对比。最后,分析地层刚度变异系数和水平波动距离对既有盾构隧道纵向变形的影响规律。研究结果表明：地层变异性对盾构隧道纵向变形的影响不可忽略;地层刚度变异系数对既有隧道纵向位移均值和离散程度影响较敏感,地层刚度变异系数对可靠度指标的影响较显著。     

软、硬地层中局部堆载对隧道横向变形影响的试验研究

通过缩尺模型试验研究了局部堆载位置对软、硬地层中隧道横向变形的影响机理,考虑不同堆载位置和隧道穿越土层性质,测量了分级加?卸载过程中隧道管片的椭圆度、接头张开量和附加土压力的变化情况。试验结果表明,当荷载大小相同时,随堆载偏心距增加,隧道椭圆度先迅速减小然后趋于平缓,堆载导致软土层隧道的椭圆度大于硬土层隧道,并且增加偏心距后软土层隧道椭圆度的减小更明显。增加堆载偏心距可以有效减小隧道接头的张开量,正上方堆载时变形主要发生在隧道左右肩部与顶部接头,偏心堆载时变形主要发生在荷载对侧的肩部与顶部接头。堆载作用下砂土层隧道土压力分布较均匀,而软土层隧道土压力主要集中于水平方向,随着偏心距增加,土压力逐渐减小且主要集中点向荷载对侧的斜截面转移。最后,采用有限元模拟进行了主要影响因素的参数分析,对运营隧道上方堆载与保护提出了相关建议。     

正断层错动下地铁盾构隧道变形破坏模型试验研究

为揭示跨隐伏断层地铁盾构隧道结构变形破坏特征,采用自主设计的模拟隐伏断层错动加载试验装置,开展1∶25几何比例的跨断层盾构隧道模型试验,分析正断层错动下盾构隧道的力学响应规律及变形破坏特征.试验结果表明：在2 cm正断层错动影响下,隧道纵向差异变形呈现非线性增大趋势,环缝接头张开变形主要位于断层下盘隧道拱顶及断层上盘隧道拱底,且环缝峰值张开量已超过盾构隧道接缝防水限值;断层延长线与隧道交界处管片直径收敛变形较为严重,该处管片呈现拱腰外侧受拉、拱顶及拱底外侧受压的受力状态;管片与地层之间接触压力受断层错动的影响较大,存在围岩挤压区与围岩松散区,但接触压力峰值相对较小;盾构隧道的主要变形破坏特征为环缝接头拉裂破损、管片纵向开裂及环缝接头变形,管片发生斜向剪切破坏及局部压溃破坏的概率较低.基于盾构隧道环纵向变形破坏特征,建议将管片环缝变形及接头混凝土拉裂破损作为界定跨断层盾构隧道结构破坏的主要控制指标.基于隧道的变形破坏模式,提出了跨断层盾构隧道结构设计及应对措施的建议.     

深基坑侧向卸荷诱发既有盾构隧道影响分析

地铁域城市地块开发不可避免地涉及到对既有城市轨道交通设施的影响与保护问题。但是,不同地区工程地质条件不同,呼和浩特地区深基坑开挖侧向卸荷诱发既有盾构隧道结构的影响与变形控制缺乏成功的工程经验。以新建振华购物中心项目基坑工程近邻呼和浩特市城市轨道交通2号线为背景,采用精细化的三维数值模拟方法,结合工程经验以及理论分析方法,针对深基坑开挖侧向卸荷条件下既有盾构隧道的影响进行研究。主要得到以下结论:①随着基坑向下开挖,盾构管片横向位移逐渐增大,基坑开挖完毕位移最大值为2.9 mm,临近基坑一侧的管片水平侧位移最大;②基坑施工引起2号线盾构区间的各项变形指标,均在安全控制要求范围内;③基坑开挖后侧向卸载影响较小,经检算,隧道结构的受力状态基本未改变,隧道主要呈压弯受力。隧道管片结构配筋满足正常使用极限状态要求。预期研究成果对内蒙古城市轨道交通的保护具有重要的工程实用价值。     

大直径土压平衡盾构下穿既有线U型槽结构变形

为确保盾构安全顺利地下穿地铁运营U形槽线路,避免下穿过程中引起U形槽结构过量沉降,影响运营安全,以北京新机场线2、3号风井盾构区间大直径土压平衡盾构下穿既有大兴线U形槽为工程背景,研究了砂卵石地层盾构隧道开挖对U形槽变形影响。通过对U形槽结构竖向位移、横向位移、轨道竖向位移、轨距等大量监测数据进行分析,得出盾构隧道开挖过程中既有结构的变形规律。结果表明:下方隧道开挖会造成U形槽和轨道结构产生不均匀隆起、沉降变形,竖向变形在2. 0 mm以内;隧道横向变形表现为不规则波动,变形在±0. 5 mm以内;轨距变化在±1 mm以内。既有U形槽结构竖向位移与盾构掘进参数关系密切;通过严格控制盾构施工参数,采用二次注浆、深孔注浆方式对管片背后进行填充,可大幅减少结构沉降。研究结果可为控制U形槽结构变形,确保既有线运行的安全提供借鉴。     

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.     

大直径土压平衡盾构下穿既有线U形槽结构变形

为确保盾构安全顺利地下穿地铁运营U形槽线路,避免下穿过程中引起U形槽结构过量沉降,影响运营安全,以北京新机场线2、3号风井盾构区间大直径土压平衡盾构下穿既有大兴线U形槽为工程背景,研究了砂卵石地层盾构隧道开挖对U形槽变形影响。通过对U形槽结构竖向位移、横向位移、轨道竖向位移、轨距等大量监测数据进行分析,得出盾构隧道开挖过程中既有结构的变形规律。结果表明:下方隧道开挖会造成U形槽和轨道结构产生不均匀隆起、沉降变形,竖向变形在2. 0 mm以内;隧道横向变形表现为不规则波动,变形在±0. 5 mm以内;轨距变化在±1 mm以内。既有U形槽结构竖向位移与盾构掘进参数关系密切;通过严格控制盾构施工参数,采用二次注浆、深孔注浆方式对管片背后进行填充,可大幅减少结构沉降。研究结果可为控制U形槽结构变形,确保既有线运行的安全提供借鉴。     

盾构隧道邻近建筑物施工的地面变形分析及预测

为了研究盾构隧道开挖对既有建筑物周边地面沉降的影响,采用考虑隧道-土体-建筑物共同作用的三维有限元计算法,对其进行敏感性因素分析,并根据经验公式对考虑建筑刚度约束作用的地面挠曲变形进行预测.研究结果表明,地面既有建筑物对盾构隧道施工诱发的地面沉降具有一定的约束作用,且建筑物的基础形式、刚度和长宽比、隧道埋深、隧道与建筑物的夹角和侧向偏心距等均对该约束作用产生了不同程度的影响效应.考虑建筑刚度的经验公式能方便地预测地面的挠曲变形;但由于没有考虑建筑物的自重作用,该经验公式放大了建筑刚度对地面变形的约束效应.     

地铁盾构施工过程中变形与结构失效机制研究

随着越来越多的地铁盾构隧道的建设和运营,地铁盾构施工过程中的变形和结构失效引起了更多的关注.首先介绍了盾构结构的管片结构以及接头构造,其次,分别讨论了隧道运营过程中产生的不同横向变形和纵向变形并推导出了相关变形公式;最后,根据其横向变形以及纵向变形对隧道产生影响,分别阐述了由变形造成的管片缝隙张开失效、接头处螺栓受拉受剪失效、隧道由于人工原因漏水失效等情况.     

基坑开挖引起下卧盾构隧道转动与错台变形计算

引入可综合考虑盾构隧道管片环转动和错台2种变形效应的协同变形模型,采用Mindlin解求得基坑开挖引起下卧盾构隧道的附加荷载,结合最小势能原理建立盾构隧道纵向位移变分控制方程。推导出隧道的纵向位移、环间转角、环间错台量和剪切力的计算公式。根据3组典型工程实例进行计算分析。研究结果表明:采用综合考虑管片环错台和转动协同变形的模型时,计算结果与实测值更吻合,更能反映实际此类工程中盾构隧道的变形模式和变形规律;盾构隧道相邻管片环间错台量、环间转角以及相邻管片环间剪切力的最大值都发生在上方基坑开挖区域的边缘外侧;实际工程中,上方基坑开挖引起的隧道纵向变形主要是以错台变形为主,占变形量的70%～90%,以刚体转动变形为辅,占变形量的10%～30%。     

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...