盾构隧道近距离侧穿桩基的施工力学响应研究

盾构开挖近距离侧穿既有桩基的问题值得关注。采用两阶段位移法,提出了近距离盾构开挖对侧向桩基影响的简化计算方法。以典型工程实例为背景,计算桩基受影响规律,且与三维数值计算结果对比分析。结果表明:盾构开挖引起侧向桩基最大水平位移为4.25 mm,相应弯矩和剪力最大值分别为1 176.09 k N·m、505.1 k N。桩受盾构开挖影响范围可以通过45°+φ/2的角度扩散计算确定。与数值计算结果对比分析表明,文章提出的计算方法可行,可用于预测盾构开挖引起紧邻既有桩基的扰动。     

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.     

软土浅埋超大直径盾构始发端头加固范围研究

为确定软土地层浅埋超大直径盾构始发端头加固的合理范围,以珠海杧州隧道为工程背景,采用有限元建模分析,研究了端头加固范围对素混凝土墙破除以及盾构始发掘进过程地层变形的影响。基于数值分析结果,以端头中心点水平位移为控制目标,得出横、竖向合理加固厚度约为0.28倍隧道开挖面直径,略大于理论计算值和工程经验值。盾构掘进模拟结果表明,当纵向加固长度超过盾构机长度后,横断面受剪区域未与地表形成“塑性贯通”,端头盾构掘进对地表扰动程度较低;如以地表最大沉降为控制值,软土地层合理加固长度为1.14倍盾构机长度,该结果与理论计算值接近,而略小于工程经验值。     

浅埋超大断面矩形顶管顶进对既有箱涵的影响

针对浅埋超大断面矩形顶管顶进引起的环境影响效应,以深圳市某拟建顶管法地铁车站为背景,建立了顶管施工全过程三维有限元数值模型,研究了浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应及其对上方既有箱涵的影响。结果表明：顶管下穿箱涵前,箱涵的不均匀沉降增长缓慢,箱涵迎土面所受土压力不断增大;顶管下穿箱涵时,箱涵的不均匀沉降量急剧增大,箱涵迎土面所受土压力逐渐降低;顶管穿出箱涵后,箱涵的不均匀沉降量和迎土面所受土压力均先下降而后趋于稳定。浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应使得箱涵的最大水平位移大于最大竖向位移,实际工程中应采取措施减少背土效应的影响。     

浅埋超大断面暗挖隧道施工方法及支护力学特征

通过数值模拟和现场监控相结合的方式,研究地铁区间过渡段浅埋超大断面隧道的破坏形态、开挖工法、施工参数及支护体系力学特性。研究结果表明:应以中风化和微风化岩层的交界处产生向两侧以泰沙基破裂角扩展的破裂面作为荷载设计的依据;不同开挖工序的地表沉降有较大区别,拱部中导洞最后施工对控制地表下沉最有利;管棚直径对地表沉降影响不大,减少管棚环向间距对控制地表沉降更为有效;临时横撑是施工期重要的支护结构,1次拆除长度不宜超过6 m。     

浅埋扁平超大断面隧道断面优化设计研究

对于超大断面浅埋扁平隧道,合理的扁平率设计对于隧道围岩稳定性和隧道建设的经济性至关重要.采用大型数值分析软件ANSYS,对重庆轨道交通5号线3标超大断面浅埋扁平隧道在5种不同扁平率下的断面形式进行了参数化设计;通过不同扁平率下隧道围岩的变形和隧道结构受力情况进行分析,以层次分析法为优化分析理论基础,对影响扁平隧道结构稳定性的开挖面积、拱顶下沉、地表沉降、初支弯矩等目标值进行优化,并将计算结果与现场监测数据进行对比分析.最终确定了依托工程最优扁平率为0.63,为此类工程断面优化设计提供借鉴.     

煤矿开采影响下浅埋输油管线变形及力学响应特性

针对输油管线穿越采动影响区时的管道变形、选型设计和安全防护等问题,以山东某煤矿3308工作面开采为背景,根据该区域地质条件、管道参数及实测数据,采用数值模拟方法分析了煤矿开采影响下管道的受力变形及区域性特征,研究了管道及土体不同物理力学参数对管道所受应力变化的影响。结果表明：受采动影响的埋地管道变形可分为无变形区段、拉压过渡区段和压缩变形区段,拉压过渡区段存在轴向应力方向变化的拐点;3308工作面开采过程中,管道中点处沉降位移最大,与模拟的管道沿线地表最大下沉值相等,管土间的变形为“管-土协同变形”,管道所受轴向应力由管道两端向中点先增大后减小再增大;不同的管道与土体物理力学参数对管道所受轴向应力的变化有着不同的影响,管线选型时需要综合考虑。研究结果可为采动影响区埋地输油管线的选型设计、施工运营和安全维护提供参考。     

隔离桩在隧道侧穿邻近浅基建筑中的应用

针对某地铁新建隧道侧穿邻接浅基建筑采用隔离桩隔离的工程,进行了正交有限元法优化研究.先对比分析了既有建筑对隧道施工引起地表沉降的影响,使用隔离桩(模拟中采用经验隔离桩参数)的隔离效果,以及注浆对隧道稳定性的影响.然后,采用正交有限元方法对隔离桩3个主要参数进行优化设计.研究结果表明:既有建筑的存在改变了原自由地面的沉降槽形状,使变形和支护结构内力增大,隔离桩的打设和注浆对变形和内力有一定的控制作用.隔离桩最优参数为桩长33m,桩纵向间距0.5m和桩距离隧道1.5m.对桩的参数优化分析对于以后的类似工程有一定借鉴意义.     

冲击波作用下土中浅埋弹性厚板的动力响应

本文用一维波阻法分析土与结构的相互作用,对防护工程中常用到的浅埋箱型结构中厚跨比较大的一类顶板用Mindlin理论按连续体系进行计算.把浅埋在柔性地基和刚性地基上的箱型结构顶板分别简化为有整体沉陷和无整体沉陷的厚板进行分析,求得了两种情况下四边简支和四边固支矩形厚板的动力响应解.数例的解算和结果分析中着重考察了厚跨比变化对各动力参数的影响。     

环保型超大直径浅圆筒仓几个关键问题的分析研究

本文以某超大直径全封闭圆形混凝土料仓为研究对象,按照我国混凝土筒仓规范的要求和已完成的筒仓设计,对在各不均匀贮料堆载作用下和不同工况作用下的考虑上部结构—基础—地基共同作用的筒仓进行计算并得出有限元分析结果;对于季节温差下的典型工况,进行了热—结构耦合后的有限元分析,并同样对结果作出分析比较,得出季节温差对结构的影响;根据环形预应力筋的作用机理,采用等效荷载法模拟预应力作用,分析圆筒仓结构满载和空载两种情况预压力作用下的受力性能,并和未施加预应力时做对比,探讨预应力的作用.     

浅埋缓倾斜薄层金属矿长壁开采顶板响应及力学分析

为研究长壁开采工艺在浅埋缓倾斜薄层金属矿开采过程中的适用性,以某金属矿赋存环境为背景,基于室内相似配比试验结果制备大尺寸地质力学模型,开展长壁回采工艺下浅埋采场相似物理模型试验。试验结果表明:顶板初次断裂步距为32 m,回采前24 m采场顶板较稳定;24~32 m回采过程中,每次回采沉降值以4倍左右速率增大;采场顶板长度接近初次断裂步距时,回采中顶板沉降量增大,且回采结束后顶板沉降响应明显。引入简支梁力学分析模型,基于弹性力学理论分析顶板采动响应特征规律,结合岩梁参数,简支梁弹性力学得到的顶板初次断裂步距为36.2 m,相似模型试验与力学分析结果较吻合。     

超大直径盾构穿越江底冲槽浅覆土段施工技术研究

从盾构开挖面平衡状态及隧道水底抗浮平衡条件着手,利用了泥水平衡盾构开挖工作面水土压力与密封舱内压力动态平衡公式,得到了超大直径盾构穿越江底底冲槽段浅覆土保持开挖面稳定的技术对策。结合南京过江隧道纬七路左线工程,提出超浅覆土情况下过江隧道泥水盾构施工应采取的工程对策。     

基于修正Peck公式的软土地层超大直径顶管施工地表沉降特性研究

依托深圳市超大直径钢顶管清污分流项目,研究了复杂软土地层地表沉降规律﹒首先,基于现场地表沉降50组实测数据对Peck公式进行修正,推导出拟合函数表达式,并给出了软土地层地表沉降Peck曲线上限和下限解;然后,采用有限元方法精细化模拟顶管施工动态过程,进行摩阻力、机头压力和土体弹性模量参数敏感性分析,总结出横、纵断面地表沉降失稳破坏区范围和影响参数临界值;最后,采用半解析-半数值法,确立了修正Peck公式各参数间的函数关系﹒结果表明：修正后的Peck公式可准确预测复杂软土地层地表沉降,其地层损失率取值范围为0.130%～0.238%;地表沉降与摩阻力呈正相关,与弹性模量呈负相关;顶管摩阻力和机头压力临界值应分别控制在15 kN和0.2 MN;横向地表沉降扰动区范围为2D～2.5D,纵向隆起区分布范围为1.25D～2D;沉降槽宽度i与覆跨比(H/D)呈指数函数关系,S_max/g～H/D关系可用修正Clough公式进行描述．     

浅埋偏压连拱隧道地震加速度响应特性研究

为了得到浅埋偏压连拱隧道加速度动力响应特性,在MIDAS-GTS/NX软件中建立了隧道三维有限元模型,并进行非线性时程分析。研究结果表明:(1)衬砌拱脚处的加速度放大系数较大,在衬砌仰拱与拱顶处相对较小;(2)加载峰值仅能改变测点的响应峰值,不改变加速度响应的变化规律;(3)处在中隔墙的测点的加速度响应比其他相对应的测点响应要强烈;(4)测点加速度响应规律在不同加载方向上有很大的区别。得到结论可以为该类型隧道的抗震设计提供一定参考。     

浅埋扁平超大断面隧道围岩变形及核心土开挖合理长度研究

以重庆轨道交通5号线3标里程DK18+138.948~DK18+191.964区间浅埋扁平超大断面隧道工程为依托,对隧道围岩变形及双侧壁导坑法预留核心土开挖合理长度进行研究.采用数值分析软件MIDAS-GTS建立了核心土长度分别为20m、25m、30m隧道三维实体模型,将计算值与现场实测数据进行对比,验证了本文方法的正确性和有效性.通过地表沉降、围岩变形、掌子面附近拱顶下沉、掌子面挤出位移等方面综合分析,最终确定依托工程双侧壁导坑法核心土开挖的合理长度为25m,且不宜大于研究段隧道长度的1/2.本文的方法和结论为此类扁平超大断面隧道核心土留设合理长度问题的研究提供参考,并为施工提供理论支持.     

基于楔形体理论的市政管网超大直径钢顶管施工开挖面极限支护压力研究

针对极限支护压力不足引起的市政管网超大直径钢顶管施工开挖面失稳破坏问题,分析了开挖面失稳破坏的动态过程,改进既有楔形体-棱柱体模型,利用极限平衡法,提出一种市政管网超大直径钢顶管施工开挖面极限支护压力计算方法。以深圳市某超大直径钢顶管工程为背景,研究了极限支护压力与滑裂面倾角、梯形底角的变化规律,并给出了两者的理论建议值;探讨了影响顶管施工开挖面极限支护压力的控制参数。研究结果表明：当支护压力比分别为0.40和0.15时,开挖面分别处于失稳临界状态和失稳极限状态。开挖面破坏模式符合楔形体-梯形体计算模型。开挖面极限破裂角等于43°,最大梯形底角为79.5°。开挖面极限支护压力随着土体内摩擦角和黏聚力的增大而减小,当摩擦角大于27.5°时,开挖面处于稳定状态;随着顶管埋深直径比增大,开挖面极限支护压力逐渐增加,当埋深直径比大于2.2时,极限支护压力趋于稳定。     

破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学效应研究

以某高速公路连拱隧道为研究对象,采用数值模拟方法研究破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学响应特征,并分析加固措施和开挖顺序对隧道围岩和结构应力与位移的影响规律。研究结果表明,偏压连拱隧道围岩水平和竖向位移均呈非对称分布,斜坡左上方为水平位移敏感区,拱顶和隧底竖向位移分别表现为沉降和隆起;中墙墙脚处出现水平应力集中现象,深埋侧中墙墙身受偏压作用显著,加固围岩可降低中墙墙身应力约16%以上,而先开挖深埋侧隧道会引起中墙墙身竖向应力增加达22%;初期支护结构位移呈非对称曲线分布,拱脚位置水平位移较大,左右两侧位移方向相反;从控制围岩和支护结构位移角度,采取斜坡与隧底破碎围岩注浆加固措施后处治效果显著,且宜优先进行地形偏压浅埋侧隧道施工。研究成果可为类似地质地形条件的偏压隧道设计与施工提供科学参考。     

强动载作用下浅埋管廊结构试验研究

以浅埋双舱管廊结构为研究对象,开展大当量装药爆炸作用下管廊结构毁伤破坏试验。试验结果表明：管廊结构在进行抗爆设计时,可参考本文所述结构荷载计算方法,结构设计偏于安全;典型管廊结构在遭受与工况2当量相当的强动载冲击时,结构安全性会遭到破坏,但结构功能保存良好,内部管线运行正常;管廊结构在强动载作用下的破坏模式表现为大跨顶板弯曲破坏、顶板两侧腋角受压破坏。     

基于不同上覆岩层的浅埋隧道动力响应特性研究

利用Midas NX有限元数值模拟软件对浅埋隧道数值模型进行非线性时程分析,研究了在不同上覆岩层的情况下,岩层类型和地震波激振峰值对浅埋隧道加速度动力响应的影响。结果表明:在Ⅰ~Ⅴ类上覆岩层状况下,衬砌上各测点的放大系数大于1;不同上覆岩层对衬砌加速度动力响应均有放大效应;围岩条件越好,隧道抗震性能越强。在Ⅰ~Ⅲ类上覆岩层条件下,地震波激振峰值对隧道动力响应的影响比在Ⅳ及Ⅴ类上覆岩层条件下要大。     

运营期浅埋公路隧道拱顶覆土层力学分析模型及沉降规律研究

浅埋盾构隧道下穿既有公路时,车辆荷载作用下隧道拱顶不同深度覆土层会发生沉降,针对这一问题,提出一种盾构过程中拱顶覆土两阶段沉降分析模型,采用ABAQUS数值模拟(FEM)验证本文所建立沉降模型的正确性。研究结果表明：对Peck公式中土体体积损失参量进行修正并基于非线性荷载作用下的Boussinesq解所建立的等效地表两阶段沉降分析模型能有效预测车辆循环荷载和隧道盾构耦合作用下盾尾拱顶覆土沉降发展规律。在盾构过程中,盾尾拱顶覆土沉降扰动增加区段位于接近区至下穿区前2/5处,下穿区出现沉降峰值后进入沉降扰动平缓区段,远离区为沉降扰动减小区段,沉降发展规律符合Protodyakonov压力拱理论,沉降增加主要发生在压力拱破坏期间;盾构完成后,车辆循环荷载影响5 m左右深度的覆土层沉降,深度大于5 m时车辆荷载发生应力扩散,沉降主要影响因素为隧道开挖造成的土体体积损失。