考虑衬砌渗透性的盾构下穿既有隧道纵向结构错台变形研究

目前针对盾构开挖下穿既有隧道的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,且未考虑既有隧道衬砌渗透特性,常常忽视地基剪切变形和既有隧道渗漏水的影响。基于体现土体剪切特性的Pasternak地基模型,首先计算了既有隧道渗漏水影响下盾构开挖在既有隧道轴线处产生的附加荷载。在此基础上,通过能量变分法建立由抗拉弹簧及剪切弹簧共同连接相邻管片环的既有隧道变形模型,获取隧道纵向结构剪切错台响应规律。选取多个工程实例,将理论解析结果与现场实测数据进行对比后发现,考虑地基剪切变形及既有隧道渗漏影响的理论解析结果更加贴近实测数据。此外,针对既有隧道异常渗漏区间渗漏程度、异常渗漏范围、异常渗漏位置进行了影响因素分析,并依据环间错台量及环间转角对既有隧道进行安全等级评估。通过参数分析发现：随着异常渗漏区间衬砌渗漏程度的增大,既有隧道纵向结构变形显著增大,当异常渗漏区间衬砌-土体相对渗透系数为0.1时,已有小范围环间错台量及转角被纳入安全评估等级Ⅲ;随着异常渗漏范围的扩大,既有隧道纵向结构变形增大,更大范围的环间错台量及转角达到安全评估等级Ⅲ;异常渗漏位置向远离新建隧道中心轴线方向发生偏移,既有隧道纵向变形逐渐减小,纵向结构变形峰值沿异常渗漏位置偏移方向发生偏移。     

软硬不均地层盾构隧道纵向差异沉降相似模型试验研究

为探明不同海水水位、地层损失作用下穿越软硬不均地层盾构隧道结构纵向变形与发展，依托厦门地铁2号线跨海区间隧道工程，采用相似模型试验，以堆载模拟上覆水位荷载、漏砂法模拟下卧地层损失，分析上覆荷载、下卧地层损失下隧道沉降和曲率半径分布规律。结果表明： 1）上覆海水水位荷载下，隧道纵向沉降呈“勺形”分布，沉降过渡区范围为20环，原型长度为30 m； 2）随上覆荷载增大，沉降过渡区差异沉降呈二次函数增大，曲率半径呈指数形式减小，当上覆海水水位荷载为7.50 kPa时，原型水压为60 kPa（历史最高水位6 m），曲率半径最小，对应原型曲率半径为156 450 m，远大于《规范》控制值（15 000 m）； 3）下卧地层损失下，隧道纵向沉降呈“高斯”分布，沉降槽范围为24环，原型长度为36 m； 4）随下卧地层损失增加，沉降槽差异沉降值呈三次函数关系增大，曲率半径呈三次函数关系减小，当地层损失率为4.57%时，原型沉降槽曲率半径达到《规范》规定控制值（15 000 m）。     

桩基施工及承载阶段对运营盾构隧道的影响

针对合肥某立交桥上跨既有盾构隧道工程，通过有限元数值模拟方法对单桩邻近隧道施工进行参数敏感性分析，并进一步研究立交桥单桥墩桩基础与双桥墩桩基础在施工及承载阶段对盾构隧道管片变形与内力的影响；通过对比分析2种立交桥跨越既有盾构隧道方式下的地表沉降、盾构隧道管片及铁轨变形，探讨2种跨越方式在工程应用中的优劣。研究结果表明： 1）单桩对邻近隧道结构的影响，随着桩长、桩径的增加而增大；随着桩隧净间距的增大而近似呈指数函数形式降低。2）当桩长与隧道埋深比值大于1时，增加桩长是减小隧道结构变形的有效途径。3）单桥墩桩基础施工阶段对盾构隧道的影响效应小于承载阶段，管片位移以沉降为主。承载阶段随着荷载的增加，横向轴力与弯矩在靠桩一侧拱腰位置变化最大，纵向轴力与弯矩在拱顶位置变化最大。4）双桥墩桩基施工及承受上部荷载时，较单桥墩而言同一管片处的沉降增大0.3 mm，水平向位移减小0.56 mm。经比较，中间无桩的跨越隧道方式更优。     

和燕路隧道盾构防水密封垫极限防水性能试验研究

为对超出设计允许张开量、错台量情况下的盾构隧道接缝防水性能进行评价，探究满足防水要求的密封垫极限张开量、错台量，基于南京和燕路长江隧道工程，选取设计的2种密封垫开展极限张开与极限错台工况下的防水试验，得到密封垫在张开量与错台量超出设计允许值后其防水性能的变化规律。1）在密封垫张开量超过设计允许张开量后，密封垫防水性能随张开量的增大逐步减小，且减小幅度随着张开量的增大逐渐增大。2）错台量超过设计允许错台量后，随着错台量的增大，密封垫的耐水压能力总体呈波动式减小的趋势，直至错台量达到某一临界值，其防水性能迅速下降，直至失效。对于存在张开量与错台量超出设计允许值风险的水下盾构隧道，建议在设计时考虑其在极限工况下的防水性能。     

软土地层地面堆载下盾构隧道变形特征分析

苏州地铁S1线玉山广场站～珠江路站区间,穿越软塑～流塑地层,评估地面堆载引起隧道结构变形的安全范围,规避地面堆载诱发的安全隐患,是苏州地铁S1线周边地面规划急需解决的实际问题.针对该问题,利用ABAQUS有限元软件,采用地层-结构法建立隧道二维模型,对该区间穿越软塑～流塑地层的3种典型埋深下的盾构隧道在不同堆载范围、堆载大小和堆载位置作用下的变形特征进行模拟研究.研究结果表明:在堆载作用下,竖向位移首先出现在拱顶,并逐渐由两肩、拱腰向拱底发展,水平位移首先出现在左右拱腰位置并逐渐向拱顶和拱底发展;小量的堆载(≤20 kPa),无论其堆载范围、堆载位置如何,对隧道结构竖向位移和水平位移的影响约小于10 mm;堆载范围对竖向位移的影响随着堆载大小呈线性增大,拱腰处的水平位移先增大后减小;堆载位置偏离隧道正上方后,拱顶竖向位移(方向向下)逐渐减小,拱底竖向位移(方向向上)逐渐增大,拱腰的水平位移方向改变(向偏离堆载方向移动).     

盾构隧道施工对既有铁路箱涵结构的影响研究

依托武汉地铁3号线盾构隧道下穿合武线铁路工程，采用三维数值计算方法模拟盾构施工全过程，分析盾构掘进对铁路箱涵结构变形及地表沉降的影响规律。研究结果表明:盾构施工导致既有箱涵结构产生以沉降为主的附加变形，沉降最大值出现在结构底板处；盾构掘进过程中，地表变形呈先隆起后沉降的规律，盾构开挖面到达分析断面前后各1倍洞径距离范围内地表变形波动较大；箱涵变形值随隧道埋深的增大呈减小趋势，当埋深增加到一定程度后，轨面沉降仍大于限制值，需采取合理的地层加固措施，以减小施工对既有结构的影响。     

盾构隧道纵向地震响应的多尺度分析方法

针对目前盾构隧道抗震设计仅限于横断面分析,缺乏有效的纵向地震响应分析方法的问题,提出了一种用于模拟盾构隧道纵向地震响应的宏-细观多尺度分析方法,其中宏观等效模型用于描述盾构隧道结构整体的地震响应特性,细观精细化模型用于捕捉结构关键断面接头处的变形响应。宏观等效模型采用黏弹性地基梁来模拟,即将盾构隧道沿纵向简化为作用在黏弹性地基上的三维梁单元,且充分考虑了由于环缝影响引起的梁纵向等效刚度折减以及隧道内部结构对纵向等效刚度的附加效应。基于宏观等效模型的地震响应规律分析,确定出盾构隧道沿线的最不利断面位置,从而将这些关键区段替换为考虑隧道环缝接头的细观精细化模型,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的环缝张开量和错位量等变形,克服了传统连续均质化模型无法反映环缝变形量的不足。最后,将该多尺度分析方法成功应用于世界首个特高压GIL电力盾构隧道,为实际重大工程的结构纵向抗震设计和安全性评价提供了科学依据和技术手段。     

新建隧道方位对运营隧道稳定性的影响分析

基于ABAQUS软件，建立了新建隧道相对运营隧道不同方位时的有限元模型，分析新建隧道的不同方位对运营隧道结构变形、结构受力及地表沉降的影响。结果表明:新建隧道方位的变化对运营隧道的结构变形、结构轴力及弯矩、地表沉降变化均有不同程度的影响，其中，随着隧道之间的中心距离增大，运营隧道的结构变形、轴力及弯矩逐渐减小；当中心距离一定时，方位角度越大，运营隧道的结构受力越大，地表沉降的最大值越小；方位角度的绝对值越大，运营隧道的结构轴力及弯矩也越大。     

河床冲淤引起过江盾构隧道纵向变形的研究

河床冲淤是引起过江隧道纵向变形的一个主要原因。以杭州地铁2号线钱塘江过江隧道为背景,通过数值模拟和理论计算相结合的方法,阐述河床冲淤引起过江隧道纵向变形的机理,研究通过横断面计算方法导出隧道纵向变形曲线,论证隧道环间连接刚度与纵向变形的关系,并提出了控制纵向变形问题的建议。     

意外沉船对海太过江公路隧道的影响分析

为定量评价意外沉船工况下水下大直径盾构隧道结构的力学响应，以海太过江通道公路隧道为依托工程，建立了三维精细化的隧道开挖与沉船影响仿真模型，研究了极限冲刷条件下不同沉船位置参数对管片结构纵向、横向受力和变形性能的影响规律。分析表明。(1)沉船轴线与隧道轴线正交且关于隧道中线对称时，隧道纵向受力性能最不利；斜交沉船工况下，隧道的横向受力性能相对更不利，但与正交对称沉船工况数值较接近。(2)在极限冲刷条件下沉船后，海太过江隧道纵向最不利受力变形参数为：最小曲率半径为25 994 m,最大环缝张开0.91 mm,最大竖向错台2.33 mm,最大纵向螺栓轴力为234.1 MPa。最不利沉船工况下，隧道结构纵向受力变形满足要求。(3)在极限冲刷条件下沉船后，海太过江隧道横向最不利受力变形参数为：最大径向收敛变形为30.12 mm,最大纵缝张开0.99 mm,最大管片压应力19.06 MPa,最大钢筋应力35.10 MPa,最大环向螺栓应力为241.6 MPa;最不利沉船工况下，隧道结构横向受力变形满足要求。研究成果可用于指导海太过江通道公路隧道结构参数的设计。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

西安地铁左右线交叠转换盾构施工变形规律研究

交叠隧道在施工过程中对周围地层存在反复扰动,针对其力学行为和变形规律的研究十分有必要。以西安地铁临潼线左右线交叉叠落盾构隧道施工为背景,研究线路左右线隧道空间交叉转换施工下周围地层的变形规律及后施工隧道(左线)对已完成隧道(右线)的扰动情况。研究表明:隧道施工完成后,地表沉降槽整体呈条带状且沿区间走向分布;地表沉降随隧道垂直交叠程度的增加而增加,地表沉降最大值为9.79 mm,位于左右线完全垂直交叠位置处;左线隧道对先施工完成的右线隧道的影响主要表现为侧向推挤和增大地层附加应力的作用,但在垂直交叠位置扰动影响较小;施工扰动引起右线隧道最大水平位移为1.75 mm,最大沉降为1.97 mm。     

地铁盾构区间隧道近接下穿综合管廊影响研究

地铁盾构区间隧道施工下穿既有综合管廊时,周围土体产生扰动,引起周围土体的变形,会使既有综合管廊产生附加应力和变形,威胁结构安全。为了研究盾构隧道下穿过程中对既有综合管廊的影响,探索不同穿越交角下既有管廊的变形规律,采用三维有限差分法进行模拟,分析盾构隧道施工过程中既有综合管廊的沉降变形规律、地基加固对管廊沉降的控制效果及不同下穿交角对既有综合管廊沉降的影响。计算结果表明：既有综合管廊在盾构机附近主要产生纵向上的不均匀沉降,随着盾构掘进,沉降逐渐增大,进行地基加固后能够有效减小既有管廊的沉降变形。当下穿交角较小时,既有综合管廊沉降变形增大。通过本文的研究,可以为类似工程提供指导。     

基坑贴近地铁盾构隧道的实施方案研究及变形影响分析

围绕地铁盾构隧道周边基坑开挖引起隧道的变形开展研究,结合工程实例,采用有限元分析软件PLAXIS,分析了不同加固条件下基坑与隧道的变形,并针对盾构隧道洞外土体加固与洞内堆载等辅助保护措施进行分析论证,从而选择经济、安全的施工方案,为解决实际工程问题提供了依据。     

超大直径水下盾构隧道近接施工力学行为分析

为探明海域复合地层条件下,水下超大直径盾构公路隧道近距离开挖对既有隧道的影响,文中以珠海横琴马骝洲交通隧道为研究背景,采用数值计算和现场试验相结合的方法,得到了由盾构施工引起的既有隧道附加内力及变形变化规律。分析数据可知:盾构施工会引起管片的二次附加内力,拱顶弯矩和拱底轴力受隧道开挖的影响程度较大;由开挖引起地表沉降影响范围约为5倍隧道洞径,盾构在近距离施工产生的荷载对既有隧道有挤压变形的效果,两侧拱腰会随着隧道掘进而逐渐向内产生二次收敛变形。