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。     

浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析

采用双侧壁导坑法,对浅埋小净距双洞六车道偏压公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化,并进行比较。数值结果表明：先开挖深埋一侧隧道,围岩塑性区较小,左洞拱顶不会出现围岩拉裂区,右洞拱顶塑性区较小;先开挖各洞外侧,拱顶和中间岩柱的应力、位移较小;后行隧道开挖对先行隧道围岩的受力变形有很大影响,后行隧道开挖导致先行隧道洞周位移和应力大幅度增大;中间岩柱、侧墙和拱顶均是施工中应重点关注的部位。     

地铁隧道施工对地表和邻近建筑物影响研究

以武汉4、6号线某区间在建地铁为背景,为了研究地铁隧道施工在不同地层损失率、不同施工顺序下对地表沉降和邻近建筑物桩基变形的影响,运用peck公式和FLAC2D数值模拟方法,结果表明:地层损失率为1.5%和2.0%时,地表沉降和桩身竖向位移值不满足安全要求,应控制地层损失率在1.0%以内;不同地层损失率和施工顺序对桩身水平位移影响较小;先施工6号线后施工4号线引起的桩身位移较小,建议采用此施工顺序.     

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律，依托渭武高速木寨岭公路隧道，采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型，提出强、中、弱三种支护方案；分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响，并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明：开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较：强支护＜中支护＜弱支护；开挖相同距离下，随着支护强度上升，支护提供的弹性抗力越强，围岩沉降和收敛变形减小；以强支护为例，支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势，最终轴力不断上升但趋势变缓的特征，开挖距离50m趋于稳定；支护设计参数评价时，开挖距离（50m）结束，强、中、弱三种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264，#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏，混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666，#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏，故选择中支护方案，材料I25b×C25、初衬厚度26cm、钢架距离0.8m。研究结果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。     

Q2黄土中隧道断面扩大开挖优化分析

黄土强度低、抗扰动性差,在其中进行隧道施工时,采用不同的开挖步骤直接影响着其施工的安全、效率及稳定性控制效果。通过对Q2黄土中原有隧道断面扩大开挖过程的数值模拟,以应力、位移等为指标,分析不同的开挖顺序对隧道结构稳定性影响的优劣性,进而确定合理的开挖顺序,以降低施工风险,优化断面扩大开挖效果,并得出隧道扩挖对围岩影响的规律。     

既有盾构隧道地层中基坑开挖方案对比分析

针对黄土地区三个平行基坑开挖对下伏既有盾构隧道影响,运用FLAC3D有限差分法数值软件,结合实际场地的水文地质和工程地质条件,建立三维数值模型,对比了三个基坑同时开挖与分步开挖引起的既有盾构隧道结构的隆起位移与应力.研究结果表明,基坑开挖对下伏既有盾构隧道隆起位移影响较大,基坑内结构施作后既有盾构隧道隆起位移减小,三个基坑分步开挖相对于同时开挖将减小对下伏既有盾构隧道的影响,并且三个基坑分步开挖引起盾构隧道结构内力满足强度要求,建议三个平行基坑开挖工法为先两侧后中间开挖施工.     

隧道开挖对临近不同相对刚度比桩基影响研究

为了系统研究桩土的相对刚柔性对隧道开挖引起的邻近桩基附加位移和附加内力的影响规律,本文采用三维数值分析方法,通过变换桩基弹性模量、半径和桩长而获得不同桩土相对刚度比,对比分析了隧道开挖时不同桩土刚度比的桩基附加位移和内力的变化规律。结果表明:在桩长一定的情况下,桩土刚度比越大,隧道开挖对桩基产生的附加内力越大,附加位移越小,尤其是桩基的竖向附加沉降量随桩土刚度比的减小而急剧增大;在弹性模量和桩径一定的情况下,桩土刚度比越大,桩基产生的附加内力越小,位移越大。因此,隧道开挖时需对不同刚柔性桩基加以区别保护,研究成果可为隧道施工和设计提供参考。     

相邻双基坑开挖相互影响二维性状分析

以某实际相邻双基坑工程为原型,利用PLAXIS建立相邻基坑开挖的二维模型,采用HS土体本构模型,分析相邻基坑同步开挖对土体位移、支护结构变形与内力的影响;考虑不同开挖工序和不同基坑间距,分析相邻基坑开挖的影响范围和基坑支护结构在不同开挖工序下的变形特征.对相邻基坑同步开挖下的支护结构位移进行了实测.结果表明,邻近基坑开挖卸荷对基坑间土体沉降、坑底隆起、坑外地表沉降、支护结构内力与变形等产生明显影响.相邻基坑间距、开挖顺序和支护方式是其主要影响因素.     

偏压连拱隧道施工过程优化的FLAC^3D分析

偏压连拱隧道不同的施工过程对衬砌、岩体的受力特征和稳定性有着截然不同的影响,在地质条件较差的情况下该影响更为明显.结合安徽铜黄高速富溪隧道进口段工程项目,运用FLAC3D程序,对复杂地质条件偏压连拱隧道采用三导洞施工方法下的施工顺序进行了数值模拟研究,分析了进口段隧道衬砌、围岩和边坡在不同导洞、主洞施工顺序下的应力应变情况,通过对比,确定了先开挖左导洞的导洞开挖顺序和先开挖右主洞的主洞开挖顺序是较合理的.     

热力隧道在非降水施工中的力学特性监测

城市热力供水工程逐渐由近地层明挖向深地层暗挖转移,通过对北京市两个典型地质热力隧道的现场原位的监测,分析浅埋暗挖热力隧道在非降水施工过程中对于砂卵石地质和粉质黏土地质条件下的初支结构内力、围岩性状、水文特征的变化及对地层的影响.试验监测结果表明,隧道围岩的土压力分布不同,水压力分布相同,初衬钢筋内力分布不同,砂卵石地质条件下的隧道初衬受力情况较好,隧道开挖对地表沉降影响较小,研究结果可在开挖城市供热、供水及供气等小断面隧道时参考.     

海底隧道CRD法各施工部开挖对结构内力影响

以采用多部开挖矿山法施工的厦门东通道海底隧道为研究对象,选取四部开挖CRD法断面,研究CRD1、2部和CRD1、3部两种不同的开挖顺序对结构内力的影响。用振弦式钢筋计对隧道初期支护及临时支护的钢支撑进行应力监测,换算出钢支撑实际内力。对监测数据运用有限元方法进行数值建模计算,将监测数据分析结果与数值计算结果进行比较分析。研究表明:采用CRD1、2部超前开挖时的结构内力要略大于CRD1、3部超前开挖,CRD3部的开挖对结构内力的影响较大,两种开挖顺序的安全系数都满足规范要求,所以结构是安全的。     

偏压错台小净距隧道力学性态相似模型试验

试验研究了浅埋、偏压、错台条件下的小净距隧道力学性态相似模型,模拟不同的施工顺序(先开挖左洞和先开挖右洞)对隧道围岩及中间岩柱应力和沉降的影响.试验结果表明,在浅埋、偏压尤其是错台条件下,左洞和右洞开挖对中间岩柱的应力和位移均产生较大的影响;右洞先开挖引起整个上覆岩体的地表和深层沉降量比左洞大3%～48%,引起的两线隧道围岩中的应力释放量比左洞大3%～46%.左洞先开挖对隧道安全有利,应先开挖左洞.因此,针对平行的偏压小净距隧道应先开挖浅埋侧隧道的经验方法,对于错台不完全适用.数值分析和现场监测数据有力地验证了模型试验结果的合理性.     

双隧道开挖对地表沉降及地埋管线的影响研究

地铁建设中双隧道施工往往不是同步进行的,双隧道的布置间距及施工顺序的多样性将诱发复杂的地层响应,因此针对交叠双隧道施工对地层和管线的影响展开研究很有必要.以肩驮式双隧道开挖为研究对象,重点考虑开挖顺序和双隧道垂直间距不同时对地层和管线的影响机理.文章首先对比双隧道开挖对地埋管线的离心试验及数值分析的结果,验证了数值模拟...     

岩溶段隧道左右线开挖顺序研究

岩溶问题是隧道开挖过程中不可避免的课题。为开展岩溶隧道开挖顺序优化研究,以某岩溶区隧道为依托,通过FLAC~(3D)软件对该隧道岩溶段左右线不同开挖顺序进行模拟,综合分析不同开挖顺序的拱顶沉降、围岩应力及主矢位移等关键指标,从而确定了岩溶隧道开挖顺序的最佳方案,为今后同类隧道开挖施工提供可借鉴的经验。     

上覆薄煤层采空区公路隧道开挖稳定性试验研究

隧道下穿煤层采空区施工将对周围地层产生扰动,影响隧道围岩及初期支护的稳定性.进行了上覆薄煤层采空区隧道开挖的室内相似模型试验,试验中通过测量隧道开挖过程中采空区地层、隧道拱顶的沉降及初期支护内力等参数,对上下台阶法和单侧壁导坑法进行了对比分析.测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层沉降受开挖方法的影响显著,上下台阶法开挖引起的采空区地层沉降高于单侧壁导坑法,沉降槽曲线较陡、沉降范围更宽.两种开挖方法中,围岩压力的最大值均位于右拱脚处,钢拱架最大弯矩出现在拱脚处,最大轴力位于拱腰或拱肩处.其它条件相同时,采用单侧壁导坑法开挖时初期支护背后的围岩压力、钢拱架内力和偏心距等普遍大于上下台阶法开挖.研究表明在隧道下穿倾斜煤层采空区施工时,采用单侧壁导坑法开挖可以显著减小对采空区地层及围岩的扰动,但同时需增强初期支护的刚度,确保围岩及隧道结构的整体稳定性.     

考虑隧道开挖与桩基相互作用的大底盘塔楼建筑变形分析

采用两阶段分析方法研究隧道开挖与大底盘塔楼建筑桩基相互作用对大底盘塔楼结构的影响.首先,计算出隧道开挖诱发的地层位移和附加荷载;然后,采用子结构刚度凝聚法将上部大底盘塔楼建筑刚度凝聚至下部桩基础,得到大底盘塔楼结构的内力及变形.建立上部结构形式为大底盘塔楼结构和普通梁结构的2种计算模型,基于桩基数量、隧道埋深及隧道水平...     

基于土层重力效应的近邻双孔隧道地层位移计算和扰动分区

为分析近邻双孔隧道施工的相互影响，利用复变函数和Schwarz交替法求解基于土层重力效应且洞室发生收敛变形的地层位移解析函数，通过设置位移约束点对地层位移进行修正，最终获得了土层重力效应下近邻双孔隧道开挖的解析模型。采用该解析模型分析了迭代次数、位移约束及洞室水平变形对地层位移的影响规律。结果表明：当迭代次数为2时，计算结果已满足精度要求；设置竖向位移约束边界使地表相对沉降曲线整体发生向下偏移，左侧水平位移约束边界则使相对水平变形向左侧发生一定量的偏移；随着洞室水平变形系数的增大，地层相对竖向变形随之增大而相对水平变形却随之减小，且对两者的影响程度不一致。基于地层位移判别准则，获得了基于几何近接度和埋深比的双孔隧道的强、弱、无影响分区。     

盾构隧道近距离侧穿桩基的力学响应分析

城市地铁盾构隧道掘进施工过程中由于超挖或注浆不到位容易产生地层损失,从而引起周边地层土应力的释放,使局部土体受扰动发生变形,以致影响既有建筑结构的安全.针对地铁选线过程中穿越高架桩基工况,基于有限元数值模拟方法,从桩体数量、隧道直径、隧道结构及隧道与基桩相对位置关系等角度分别进行敏感性状分析,结果表明:桩群数量变化下基桩的力学响应差异明显,群桩条件对隧道施工地层损失引发的地层位移具有较好的抗约束作用,但是隧道直径及其与邻近桥桩的空间相对位置对桩体的位移和内力影响较为显著.     

软土隧道开挖对群桩影响的三维分析

基于能较好地反映卸载条件下土体应力应变关系的HS模型,通过三维有限元模型对盾构隧道施工过程的合理再现,分析研究了上海等软土地区隧道施工对周边桩基础变形和内力的影响规律。基于数值仿真计算结果,重点探讨:1)隧道施工对群桩沉降变形的影响规律;2)隧道施工对不同位置桩身水平位移的影响规律及作用机理;3)隧道施工过程中桩端阻力以及桩身正负弯矩的发展演化规律。通过隧道施工对桩基变形与内力影响规律的揭示,可以发现,对于上海地区典型的软土地质条件,当隧道开挖面距参照面在1.5倍的隧道直径范围内时,隧道开挖对桩基沉降和承载力的影响最为显著。研究结论为软土地区隧道安全施工提供借鉴。     

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道施工方法研究

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。