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。     

盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移研究

采用两阶段方法简便地研究盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。第1阶段,采用Loganathan公式计算盾构隧道开挖引起的桩基轴线处土体竖向位移。第2阶段,首先基于Winkler地基梁模型,将土体位移转化为荷载施加到桩基上;然后,结合叠加法,计算盾构隧道开挖引起的邻近单桩竖向位移;最后,考虑群桩间的土体遮拦效应,再结合叠加法求解出盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。通过与有限元模拟结果进行对比,验证本文所提计算方法的准确性,并进一步分析各物理参量变化对群桩竖向位移的影响。研究结果表明:其余参数不变的情况下,隧道埋深和地层损失比增大均会增强盾构隧道开挖对邻近群桩的影响,导致邻近群桩的竖向位移增大;桩基直径增大导致其抵抗盾构隧道开挖影响的能力增加,进而引起邻近群桩的竖向位移略微减小;土体弹性模量增加导致邻近群桩顶端所受的向下荷载与底端所受的向上荷载均增加,进而引起邻近群桩的顶端竖向位移(最大位移)增大,底端竖向位移减小;桩基与隧道距离增加可减弱盾构隧道开挖对邻近桩基的影响,减小桩基竖向位移;群桩间距增大可引起桩基间的土体遮拦效应减弱,导致桩基的相对竖向位移增大。     

盾构下穿引起上覆管线变形的解析计算方法

盾构下穿易引起周边土体产生自由位移，并进一步对邻近既有管线的受力变形产生较大影响。论文从能量角度出发，采用Rayleigh-Ritz法获得管线变形函数，并基于Pasternak地基模型建立管线在外力作用下的势能方程，采用最小势能原理对管线能量进行变分求解，获得盾构下穿引起上覆既有管线受力变形解析解。与既有文献实际工程监测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与基于Pasternak和Winkler地基模型差分解进行对比分析，该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明：增大隧道开挖半径、地层损失率会导致管线变形及其弯矩的增大；隧道与管线的夹角的增大会减轻管线变形，但会增大管线弯矩。     

圆形盾构隧道开挖引起的黏土长期沉降理论解

基于Sagaseta源汇理论和Park位移边界条件,对排水条件下圆柱孔收缩问题的位移场进行半无限空间及隧道断面的椭圆变形模式修正,得到圆形盾构隧道开挖引起的土体长期沉降理论解.引用离心机试验以及位移控制模式(DCM)有限元模拟和工程实例对理论解进行对比验证.分析结果表明,对于地表长期沉降的预测,除了采用边界条件1(未修正)的理论解计算结果与试验结果偏差较大,其余三种边界条件计算结果与试验和有限元结果吻合较好,为保守建议采用边界条件2进行计算;理论解总体与实测较为一致.     

新建隧道对上覆既有隧道受力变形解析

为了理解既有隧道在盾构下穿影响下的受力变形规律,提出一种既有隧道与土体相互作用解析方法。采用Loganathan解获得盾构下穿引起周围土体自由位移场;随后,将既有隧道假定成放置在Vlazov地基上的欧拉梁,考虑既有隧道两侧侧向土体作用,基于既有隧道边界条件及Taylor级数展开获得隧道变形响应解析解。通过与上海工程和离心机实测数据比较：该方法与实测数据较为接近,证明该方法的可靠性;与该方法退化解析解比较,该方法计算结果更符合实测数据,随后对相关参数进行分析。参数研究表明：随着新旧隧道竖向间距的增大,既有隧道受到盾构开挖的影响逐渐减小;增大地层损失率会引起既有隧道位移及弯矩线性增大;提高既有隧道抗弯刚度能够明显减小盾构开挖对既有隧道受力变形响应。     

盾构掘进对既有构筑物影响分析

盾构机在地铁隧道施工中得以广泛的使用.由于盾构机在盾构掘进施工过程中对既有构筑物会产生一定的不利影响,因此有必要对盾构掘进施工进行力学分析.以某隧道实际工程为例,对盾构掘进过程中的构筑物以及引起的整个地表沉降进行有限元分析,得到了对类似工程有一定价值的结论.     

盾构开挖对地下管线影响的数值模拟分析

利用FLAC3D模拟了盾构隧道开挖对管线的影响.模拟过程中考虑了隧道应力逐步释放,然后逐步施作衬砌,并考虑盾构机的推进力.充分考虑了盾构开挖对不同管径,不同埋深的地F管线位移的影响.模拟了双圆隧道施工对地下管线的影响,对比了单孔盾构开挖于双圆盾构开挖对管线作用的机理的不同.分析了两种双隧道开挖对地下管线的影响.结果表明,管线与隧道相对位置以及管线自身的刚度、管径等不同,将对其变形产生较明显的影响,得出的规律为今后类似工程施工提供依据.     

基于非均匀收敛模式的隧道地表变形的随机介质预测模型

对隧道开挖断面均匀收敛模式及底部土体位移为0 mm的非均匀收敛模式进行探讨,提出隧道底部土体位移不为0 mm的非均匀收敛模式。基于随机介质理论基本原理,推导该模式下单孔及平行双孔椭圆断面隧道开挖引起的地表位移与变形的计算公式,并采用模拟退火遗传算法求解该模型对应参数识别的复杂非线性优化问题。研究结果表明:底部土体位移不为0 mm的非均匀收敛模式的预测精度要高于均匀收敛模型和底部土体位移为0 mm的非均匀收敛模型;该收敛模式与隧道开挖断面实际收敛规律吻合。     

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。     

盾构开挖有限元三维模拟实验

盾构技术在地铁开挖工程中有广泛应用,土体开挖引起地表沉降,影响到隧道本身及地表建筑物的正常使用及安全。利用大型通用有限元软件Abaqus,综合考虑各种复杂影响因素,建立盾构隧道三维开挖有限元模型,对盾构隧道动态开挖过程进行精细模拟,得出盾构开挖时土体位移沉降规律,讨论盾后注浆压力及支护压力模拟取值变化对地表最大沉降（隆起）的影响。研究的结论具有重要的理论价值和工程实际意义。     

盾构隧道开挖引起既有管线的竖向变形研究

建立了基于双参数Pasternak地基模型的管线竖向变形计算方法,第一阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析方法计算盾构隧道开挖引起的既有管线轴线位置处的土体自由位移场;第二阶段将既有管线视为Pasternak弹性地基上的无限长梁,将土体自由位移施加于管线,推导并求解了管线的平衡微分方程,得到了管线竖向位移和内力的表达式.进一步推导并求解了考虑侧向土体作用时的管线平衡微分方程,得到了更符合实际的管线变形.基于简化弹性空间法获得的地基参数,将Pasternak地基和Winkler地基的解析计算结果与数值计算结果以及工程实例监测数据进行对比验证,证明了Pasternak地基模型的优越性和本文计算方法的有效性.     

盾构掘进速度对开挖面水头分布的影响

盾构掘进过程中隧道掘进面附近水头分布是掘进面稳定分析的重要因素.为此,基于固定在隧道开挖面上参照坐标系,推导了考虑盾构掘进速度、土体的渗透系数以及土体贮水系数的稳态地下水流动偏微分方程.通过伽辽金有限元法,推导了考虑盾构掘进速度的二维稳态渗流有限元方程,编制了有限单元数值分析程序,计算了稳态地下水流条件下,地下水参数和盾构掘进速度的变化对隧道掘进面附近水头场分布的影响.结果发现,在低渗透性土层中进行隧道开挖,掘进速度的增加导致隧道掘进面附近总水头梯度显著增加.水头场的重新分布导致了作用在隧道掘进面的渗透力增加.将考虑盾构掘进速度的数值分析结果与相关实验数据相比较,两者取得较好的一致性.     

隧道掘进对周围土体的沉降影响分析

以盾构掘进工程为研究对象,建立了关于盾构掘进和的管片衬砌的力学模型,研究了由盾构机掘进施工过程对周围土体造成的影响.用ANSYS数值分析软件对所选取的盾构掘进隧道和足够大断面区域土体进行分析,采用Soild45单元来模拟土体和该区域之间的联系,并通过杀死和激活单元来模拟土体的掘进过程.研究结果表明,当盾构机掘进、管片衬砌及注浆的过程中,研究对象会发生沿Y轴对称的非线性变化,沉降量在隧道孔的上下两端达到峰值,但在孔的左右两侧位移量较小.盾构隧道的开挖、建环对地层的影响范围大体呈"V"型,在该地层下地标一倍洞泾以外沉降量较小,且模拟量略小于仪器监测值.     

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。     

隧道开挖对邻近土体位移的分析研究

文章通过不同的隧道施工开挖方法,利用有限差分软件FLAC3D来模拟分析开挖对土体位移的影响,通过对地表竖向位移沉降、横向位移以及隧道周边土体位移的分析,进而更加清楚地了解隧道开挖对土体位移的变化规律,为实际工程施工提供理论基础。     

盾构隧道下穿明挖区间隧道三维数值模拟分析

某地铁工程正线盾构隧道需下穿引出段线明挖区间隧道,针对上部隧道底部不加固、上部隧道底部加固及上部隧道底部不加固+盾构反向掘进三种不同工况,对盾构掘进中引起的周围土体变形及上部明挖区间隧道位移进行了详细分析。计算结果表明:上部隧道底部土体加固能控制上部隧道沉降变形,但加固对新建隧道及其周边土体变形影响很小;因上部隧道在平面上为曲线型,盾构掘进方向对上部隧道有一定的影响,对新建隧道管片及周边土体变形影响较小;采用注浆加固后,上部隧道沉降变形得到了较好地控制,最大可降低10%的沉降,同时可根据具体控制要求,选择合适的加固强度。     

考虑土体软化的隧道盾构掘进界面稳定性分析

岩土工程中的许多土体有应变软化行为,这种软化行为能导致应变局部化,进而对土体的稳定性有重要影响．首先研究饱和砂土的排水平面应变压缩试验的剪切带的形成,进行数值分析,预测了实验现象．然后,考虑土体应变软化盾构掘进面失稳的影响,对深埋隧道的盾构掘进进行三维数值分析,对比分析渗流条件下应变硬化模型和应变软化模型以及应变软化条件下考虑渗流与未考虑渗流模型之间的区别．分析表明,土体应变软化更容易导致盾构掘进界面失稳,使得开挖面的极限支护压力和地表沉降增大、塑性区扩展比没有应变软化的土体更大．探讨了诸如内摩擦角、黏聚力等土质应变软化参数的变化对盾构掘进界面稳定性的影响,发现内摩擦角软化的影响较大,黏聚力次之．最后,对天津地铁9号线的一段盾构掘进进行了模拟,其结果与工程实测数据相吻合．     

隧道开挖引起地下管线竖向位移的初参数法求解

现有解析法对隧道开挖导致临近地下管线产生位移的分析较少且考虑影响因素不全面.针对这一问题,在Winkler弹性地基梁理论基础上,建立管线竖向位移的计算模型,提出求解隧道开挖引起的临近地下管线竖向位移的初参数法.通过采用ABAQUS软件中的管土相互作用模块进行管线变形的有限元数值模拟,验证了计算方法的正确性.工程实例的计算结果和实测数据的对比表明文中计算方法的合理性.初参数法综合考虑管线和土体双重因素的影响,克服了已有方法的局限性,且计算结果符合实测管线位移小于自由场土体位移规律.     

北京地铁敞口式盾构掘进对砂层土体扰动规律研究

敞口式盾构在砂层掘进时会扰动周围土体,易引起地层坍塌.以北京地铁6号线2期敞口式盾构施工段为工程背景,阐述了国内首台挤压式敞口盾构机机体构造及开挖工序,通过地表沉降和地中水平位移监测,研究了盾构掘进对砂层的扰动特征.结合盾构掘进参数分析,探讨了减少土体扰动的控制措施.研究表明,盾构接近测孔区阶段,土体变形规律最复杂;通过和刚脱离测孔区阶段是土层变形控制的重要环节;盾构隧道轴线两侧1.5倍洞径范围内是土体扰动主要区域.所得结论可为砂土地层敞口式盾构施工地层位移控制提供可鉴参考.     

岩溶区盾构隧道开挖的稳定性分析

盾构隧道穿越溶洞密布的复杂环境时,不可避免的引起岩溶开挖区应力场突变,严重时造成溶洞坍塌、隧道突水突泥等工程灾害.采用有限元模拟方法,基于岩层破坏机理,分别针对溶洞数量不同及排列方式不同这两种重要因素,从隧道开挖引起的位移场、应力场和塑性区域三个方面分析岩溶隧道开挖所引起的围岩变化规律.结果表明:溶洞的存在使得隧道围岩最大主应力显著提高,围岩竖向位移随溶洞个数增加而增大,围岩周围土体的应力场、位移场、塑性区域均随着洞-隧之间不同的排列方式而呈现不同的变化规律.分析结果可为岩溶地区盾构隧道设计、施工以及运营提供理论及工程指导.