砂土隧道开挖引起的地表及深层土体变形研究

城市地铁线路网络渐趋密集,经常出现隧道近接既有建、构筑物施工的情况,变形控制要求严格,故精细预测隧道施工引起的地表及深层土体变形尤为必要.相较于黏土地层,砂土地层中隧道开挖引起的地表及深层土体变形十分复杂,具体表现为:隧道开挖过程中,地表以下土体的体积将随隧道土体损失率V_t的改变而发生改变,之前所提出的土体变形模式均不能很好地解释砂土中隧道开挖引起的土体体积变化行为.以之前的砂土隧道模型试验为研究对象,建立数值模型,对试验过程中地表以下土体的体积响应进行分析.研究发现,隧道开挖时,隧道周围土体的体积响应与应力路径密切相关,不同应力路径下的土体体积响应有所不同.数值结果表明,根据不同位置处应力路径特点,地表以下土体可被分成4个特征区域,地表及地表以下不同深度位置处获得的土体损失率(V_s和V_(sub))与隧道土体损失率V_t之间的差异均可通过4个特征区域的土体体积变化来解释.     

不同埋深下盾构隧道开挖及补偿注浆对地表隆沉变化影响的室内试验

采用二维隧道模型试验,探究砂土中不同埋深下盾构隧道开挖及补偿注浆对地表沉降变化的影响规律.试验表明,对于不同埋深的工况,盾构隧道开挖引起的地表沉降均可以用Peck公式有效预测,埋深C/D对地表沉降槽形状具有显著影响,且沉降最大值与土体损失率基本呈线性关系.正常体积范围补偿注浆时,随着埋深增加,地表最大抬升值不断减小,地表抬升范围逐渐增加.当补偿注浆体积达到某一值后,不同埋深工况地表最大抬升值与土体补偿率基本均呈线性关系.超体积补偿注浆时,超体积补偿注浆引起的地表最大抬升值与土体补偿率继续保持线性关系.随着土体补偿率的提升,不同埋深导致的地表抬升范围差异逐渐减小.     

盾构穿越砂层对地表位移影响模型试验研究

隧道盾构施工过程中不可避免遇到砂土地层,砂土自稳能力差,掘进时易发生安全事故.通过在砂层中模拟盾构掘进及壁厚注浆,研究平行隧道在埋深比和净间距不同情况下施工阶段地表位移的变化.研究结果表明,左线开挖地表沉降曲线符合正态分布形式,各阶段沉降最大值同土体损失率呈线性关系,土体损失率不变时,地表沉降随埋深比增加而减小,平行隧道右线掘进时,对既有左线地表上方产生位移影响,最终沉降槽形状相互交叠.壁后注浆过程中,埋深比不变时,位移值随注浆率的增加而变大,注浆率不变时,注浆对地表抬升的效果随埋深比增加而降低.     

隧道开挖对地表沉降影响的数值分析与沉降预测

文章以隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象,采用FLAC 3D有限差分软件模拟隧道开挖施工过程,分析了在不同地质条件下不同开挖方法引起的围岩或土体应力场、位移场变化,对比分析在不同的围岩级别、开挖形状等条件下隧道施工引起的地表沉降变形规律;同时利用最大隧道周边位移值作为孔隙厚度,计算地层损失率,预测地表沉降槽,结果表明,地表沉降曲线与Peck沉降理论曲线吻合较好;比较了4种地表开挖方法的地表沉降值,给出了在不同的地质条件下更加符合实际的开挖方法,为实际施工分析提供一定的理论依据。     

地表沉降的双洞体叠加peck公式及数值分析

为解决地下隧道开挖引起地表沉降,结合广州某采用盾构推进形式地铁隧道实例,运用常规理论计算法与数值模拟方法计算地表沉降,研究地表变形特性。结果表明:双孔平行隧道开挖中地层损失是引起的地表沉降的主要因素;土体位移的叠加原理适用,地表沉降槽以两隧道中间位置为轴线基本对称分布在其两侧;地层损失率控制在1.5%~2%时,理论值较为接近模拟计算值。     

圆柱孔收缩的弹塑性解及其在隧道工程中的应用

基于传统的临界状态土力学理论,借鉴Yu圆柱孔收缩弹塑性解的推导过程,给出了圆柱孔收缩问题孔压与孔径变化之间的关系.并把隧道开挖问题简化为圆柱孔收缩问题,基于Mair提出的隧道开挖引起的土体瞬时沉降的理论,给出了隧道支护压力和地表最大沉降量之间的关系.将该方法的计算结果分别与Grant的离心机试验结果和收集到的国内外的工程实测结果进行了对比分析和验证.结果说明:该计算方法准确合理,可为隧道开挖引起的短期土体变形分析提供借鉴.     

隧道开挖对周围土体及桩基影响的试验研究

通过离心机试验研究了粘土中隧道开挖引起的土体瞬时和长期沉降.对不同的隧道与桩间距情况进行了3组离心机试验,研究隧道开挖对桩基的瞬时和长期影响.试验结果表明,高斯曲线法计算的土体瞬时沉降与试验值比较吻合,而计算的长期沉降低估了地表沉降的影响范围.隧道开挖引起的桩身最大轴力和弯矩都发生在隧道起拱线附近,而且桩基反应都是随着...     

土质隧道非均匀收敛变形下等效地层损失解析计算

从土质隧道开挖引起洞周边土体非均匀收敛变形角度出发,提出了以隧道开挖引起周边土体非均匀收敛曲线与隧道最终衬砌断面曲线所围面积等效计算地层损失的非均匀模型,并利用上限定理及变分法推导了该模型下等效地层损失Vs的极限解析表达式;并总结归纳了沉降槽宽度系数i的近似表达统一式。最后将本文方法预测地面沉降的结果与离心机隧道模型试验结果及实际隧道工程现场监测结果进行对比,验证了(1)从收敛塑性变形角度定义及由上限定理计算地层损失Vs具有一定的有效性;(2)能较好的拟合试验和现场监测结果,表明了从围岩物理力学性质上研究地面沉降具有一定的可行性。     

砂土中隧道垂直下穿既有管线的数值模拟

为研究隧道施工条件下管线的变形,通过开发颗粒流程序及利用室内管线加载-挠度试验建立了管线宏细观参数之间的关系.基于PFC2D建立了隧道-土体-管线的数值模型,模拟砂土中隧道垂直下穿既有管线过程中管线的变形位移.通过数值模拟分析了地层损失率及管线与隧道间距对模拟结果的影响规律.结果表明:随着地层损失率的增加及管隧间距的减小,管线中间的下拉效应与距管线中点35倍隧道直径处的上拱效应越明显;管线中部上覆附加应力会随地层损失率的增大及管隧间距的减小而增大,同时对应管底土压力则迅速减小并稳定在一较小值;管线与管底土层沉降槽宽度系数比值(ip/i)与地层损失率成正比,而与管隧间距成反比,最大值可达到24.     

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。     

考虑刀土摩擦的砂土盾构隧道开挖面支护压力计算方法

确定盾构隧道开挖面极限支护压力是隧道工程中的核心问题之一。现有研究一般忽略盾构刀盘与主动极限状态时开挖面前方失稳土体间的摩擦效应,导致计算结果偏保守。为了解决此问题,首先,基于梯形楔形体模型,考虑盾构开挖掌子面与前方被切削土体之间的竖向摩擦力、楔形体与上方土柱之间因相对错动引起的横向摩擦力以及隧道埋深对极限支护压力的影响,推导了砂土地层盾构开挖面的极限支护压力计算公式;其次,通过与其他理论方法及试验结果进行对比,验证了本文方法的合理性;最后,讨论了刀土摩擦力在不同工况下对盾构开挖面极限支护压力的影响规律。研究结果表明：在其他参数不变时,开挖面极限支护压力随着刀土外摩擦角增大而逐渐减小,与刀土外摩擦角近似呈线性关系;刀盘土体间摩擦力对维持盾构开挖面稳定具有有利影响,对开挖面极限支护压力的影响不可忽略;适当增大刀盘与前方土体间的外摩擦角可有效增加开挖面的极限稳定性;刀土摩擦力对浅埋情况的盾构隧道开挖面极限支护压力的影响要明显比深埋情况的影响大,在选择盾构掘进刀具时应重点考虑埋深的影响。     

浅埋暗挖隧道引起建筑物沉降的预测方法

在考虑建筑物刚度的情况下,得到浅埋暗挖隧道引起建筑物沉降的预测方法,通过利用弹性地基梁原理,将经验公式法计算得到的浅埋暗挖隧道地表沉降值转换成沉降反力,再利用MIDAS-GEN软件计算沉降反力引起的建筑物沉降。利用工程实例验证该方法的可靠性,分析隧道与建筑物相对位置、基床系数、建筑物刚度以及土体损失率的影响规律。结果表明:该方法的计算结果与实测值比较吻合;建筑物沉降曲线的斜率随建筑物与隧道之间距离的增大而增大;建筑物沉降值随k的增大而减小;随建筑物刚度的增大,沉降曲线趋于直线变化,建筑物沉降差变小;随着土体损失率的增大,沉降曲线的斜率越来越大。可见该方法具有一定的可行性。     

考虑盾构施工扰动土体固结的地层沉降计算

为解决以往盾构隧道的地层沉降计算不考虑施工扰动土体的固结沉降对总沉降的影响而使得计算结果偏小的问题,通过对盾构隧道施工致周边土体的扰动机理分析,指出盾构上方一定范围内的被扰动土体为欠固结土,应用欠固结士的沉降计算理论,得出了考虑盾构扰动周边土体固结影响的隧道沉降计算修正方法.与工程实测值的对比结果表明,地层沉降计算修正方法的计算结果更符合工程实际,工程应用上偏于安全,该成果对于盾构隧道施工的地层沉降预测与控制具有一定的参考价值.     

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.     

隧道开挖引起上覆既有隧道受力变形解析解

为了精确且快捷地评估隧道开挖对上覆既有隧道的影响,首先基于Loganathan公式获得隧道开挖引起周围土体竖向自由位移解,然后将上覆既有隧道视为搁置在Vlasov地基模型的欧拉梁,综合考虑隧道两侧土体对既有隧道受力变形的影响,最后采用积分法获得既有隧道纵向变形解析解。案例分析结果表明：该方法计算结果与实测数据接近;与该方法的退化解析对比,该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明：增大地层损失率会引起既有隧道纵向位移和内力呈现线性增加的趋势;既有隧道抗弯刚度的增强会导致其纵向位移的减小,且会造成其内力增强;新旧隧道竖向距离和土体模量的增大会有效地减小既有隧道纵向位移和内力。     

近间距重叠隧道施工对桥桩变形影响研究

以武汉4、6号线某区间在建地铁为背景,运用FLAC2D数值模拟方法,研究了平面应变条件下近间距重叠隧道施工在不同地层损失率、不同开挖顺序下对铁路桥群桩基础的变形影响.数值模拟结果表明,地层损失率为0.2～1.5%时,盾构隧道开挖引起的铁路桥群桩基础变形满足安全要求;当地层损失率大于1.5%时,为有效控制邻近群桩基础变形,应采取相关方案,预先加固隧道周边土体不失为一种方法.     

隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值分析

文章利用有限差分软件FLAC3D研究隧道开挖对邻近土体及群桩基础的影响,由于隧道开挖而引起的隧道周围土体位移,从地表沉降、水平位移分析隧道开挖后衬砌椭圆变化形式,通过隧道开挖后桩身位移、桩的内力等方面变化研究隧道开挖对邻近桩基础影响;采用有限差分软件计算得到的桩基内力位移与采用两阶段法得到的结果进行对比。在数值模型中,土体采用Mohr-Coulomb弹塑性模型,衬砌采用线弹性材料,桩基础用Pile单元代替实体桩。     

Pasternak地基中盾构隧道穿越引起地下管线竖向位移

采用统一土体移动模型三维解计算盾构施工引起的地下管线平面处土体竖向位移,并基于Pasternak地基模型对地下管线受力模型进行简化,建立单线、双线盾构隧道开挖引起的地下管线三维竖向位移计算公式。将计算结果与实测值进行对比;并探讨了管线材质、管线埋深以及土体损失率改变对管线竖向位移的影响。研究结果表明:计算结果与实测值比较吻合,可以计算单线和双线盾构开挖工况;双线隧道开挖引起的管线竖向位移大于单线隧道引起的管线竖向位移;管线材质和管线埋深的改变对管线最大竖向位移的影响较小,管线最大竖向位移随抗弯刚度增大而减小,随埋深增大而增大;土体损失率的改变对管线最大竖向位移的影响较大,土体损失率越大管线最大竖向位移也越大。     

管线渗漏对地铁盾构影响的模型试验研究

文章采用室内模型试验,研究了地铁盾构施工中管线渗漏对管线、地层和隧道管片造成的影响,分析盾构施工与管线渗漏作用下的地表沉降和隧道管片内力变化规律。结果表明:地下管线渗漏的存在对隧道周围砂土的应力场和位移场有着较明显的影响,管线沉降增大了28.78%;管线渗漏的水体对砂土的渗透力作用,导致局部土体沉降增加,在管-土相互作用下,管线最终沉降值为0.840 mm,因渗漏造成的管线沉降占总沉降的24.76%;在隧道开挖过程中,隧道顶部始终受上部土体压力作用,并逐渐增大;管线发生渗漏,地表沉降变大,造成隧道管片承受的应力也随之增大,增幅为30%左右。     

顶管电缆隧道施工对邻近建筑物和地下管线的扰动影响

采用离心机物理模型试验和有限元数值计算方法探究了软土地区顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响,并提出修正Peck公式评估顶管施工对邻近浅基础建筑物的扰动影响.首先,通过离心机物理模型试验,定性分析了顶管电缆隧道施工过程中地层损失率变化对邻近浅基础建筑物和地下管线的影响;其次,将有限元数值计算结果与离心机试验数据进行对比分析,验证有限元计算的有效性;最后,通过有限元模拟结果提出用于评估顶管施工对邻近浅基础建筑物扰动影响的修正Peck公式,并与现场监测数据进行对比分析.研究结果表明:顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响随着地层损失率的增大而增大,地下管线刚度的增加可以有效减小邻近顶管隧道施工的影响;有限元数值方法可以较好地评估不同地层损失率下顶管隧道的施工工况;修正Peck公式能较好地反映在软黏土区域内顶管电缆隧道开挖对周围地层产生的扰动影响.研究结果可为软黏土地区顶管电缆隧道的施工提供一定参考价值.