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。     

基于修正剑桥本构模型的盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为了保证在我国黄土地区城市地铁盾构开挖在靠近桩基础时的安全性,降低盾构开挖对桩基础的扰动影响,基于ABAQUS数值模拟有限元分析软件,采用土体的修正剑桥本构关系,建立地铁盾构法开挖施工的三维有限元分析模型。对隧道盾构开挖过程中邻近桩基础的变形和地表沉降规律进行了计算分析。研究结果表明:隧道盾构对邻近桩基础的影响主要表现在桩基础的隧道埋深位置处,垂直隧道纵轴的水平方向(X方向)位移量上;在盾构开挖过程中,随着开挖面与桩之间距离d缩小,桩的水平方向位移逐渐增大;在d大致为[-0.5D,+0.5D]范围内时,变形最大;当d继续增大时,水平方向位移也继续增大,最终趋于稳定值。通过综合分析数值模拟计算和施工现场监测得到的地表位移变形曲线,可以发现在隧道轴线正上方位置地面的沉降最大,向隧道轴线两侧沉降逐渐减小,但在桩基附近的地表沉降相对较小,而桩顶承台也受到不均与沉降的影响产生偏移。在该隧道工程实际开挖中,需要加强承台不均匀沉降监测,以便及时采取控制措施。     

基于流-固耦合的盾构隧道开挖面稳定性研究

利用FLAC3D建立三维数值模型,对考虑完全流-固耦合效应的盾构隧道开挖面失稳过程进行模拟和验证,并进一步分析水位高度、渗流时间对开挖面变形、地表沉降和孔隙水压力的影响。研究表明:开挖面变形随支护压力比的减小经历3个阶段的变化,且与土体塑性区的发展密切相关;相比于无水状态,考虑流-固耦合效应的开挖面稳定性显著降低,随水位的升高、渗流时间的增大,开挖面发生失稳破坏的支护压力比明显增大;支护压力比(表征支护压力)的减小将导致开挖面前方一定范围的孔隙水压力减小,靠近开挖面的孔隙水压力受扰动程度加剧,形成"漏斗状"的影响区;开挖面失稳导致土体位移场延伸至地表,引起地表产生明显的沉降变形,在不同的变形阶段开挖面中心点位移与最大地表沉降分别呈抛物线相关和线性相关。     

穿越紧邻隧道时盾构开挖面稳定性分析

当盾构近距离穿越邻近隧道时,由于存在既有隧道的刚度约束,隧道周围土体的破坏模式会受到既有隧道影响。考虑盾构近距离穿越紧邻已有隧道的特殊施工形式,构建三维弹塑性有限元计算模型,分析盾构处于不同位置时其开挖面失稳破坏形态、开挖面支护压力与盾构掘进位移之间的关系以及隧道上方地表沉降规律;基于极限平衡法,推导盾构近距离穿越紧邻隧道时开挖面极限支护压力变化模式,并对相关参数的敏感性进行验证讨论。研究结果表明:既有隧道的存在使得破坏区域受到抑制,沿开挖方向两滑动面不对称,靠近既有隧道的滑动面张开角比另一滑动面张开角小;随着楔形体倾斜角增大,相同内摩擦角条件下的开挖面支护压力不断增大,同时由于盾构掘进产生的土拱效应和盾构开挖面上方既有隧道的刚度约束,随着内摩擦角的不断增大,开挖面支护压力呈先增大后逐渐减小的抛物线形变化;相同参数条件下,盾构在黏性土层中掘进时,由于黏性土层中产生的土拱效应较弱,所需提供开挖面稳定的支护压力略大,开挖面支护压力较盾构在砂性土层中掘进时略大,随着埋深比的增加,维持盾构开挖面稳定的极限支护压力逐渐增大,且随着内摩擦角的增大,开挖面极限支护压力相应增大。研究成果可为类似盾构隧道工程建设提供一定的理论参考。     

上软下硬地层盾构隧道开挖面稳定性数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件，对上软下硬地层的盾构开挖过程进行模拟，通过计算分析不同工况下的支护应力比和开挖面最大水平位移之间的关系，得出上软下硬地层隧道施工的安全盾构推力范围。结果表明：开挖面最大水平位移随支护应力比的减小而增大，数值模拟得出的最小支护力变化规律同实测值相一致，且盾构推力的安全参数范围为4.9～6.8。     

土压平衡盾构开挖面压力取值及对地表沉降的影响

土压平衡盾构广泛应用于地铁隧道施工中,其施工过程产生的地表沉降及相关问题直接影响隧道施工安全。以成都地铁3号线某区间盾构隧道工程为例,应用理论方法计算盾构开挖面压力取值范围。结合工程地质条件、施工参数、不同开挖面压力和地层损失率,利用嵌入了土应力路径本构模型的ABAQUS软件进行盾构开挖三维模拟,得到了卵石地层盾构施工引起的地表沉降规律,并通过与现场地表沉降监测结果对比,验证了此模型的合理性,确定了合理的开挖面压力取值范围。最后,进一步分析了实际盾构施工开挖面压力值与地表沉降值之间的规律,评价施工时设定的开挖面压力值的优劣。     

隧道施工不同台阶长度开挖数值模拟对比分析

针对某隧道工程,采用FLAC 3D模拟台阶法施工,并分别对超短台阶、短台阶和长台阶进行模拟对比分析,分析了3种工况下隧道开挖引起的拱顶沉降和地表沉降异同。得到以下结论:采用超短台阶法能有效减小隧道顶部的沉降,相对于短台阶法和长台阶法,采用超短台阶法时的拱顶沉降分别减小了10. 8%和15. 2%。上台阶开挖过程中沉降量大于沉降总量的一半,且随着台阶长度的增大,上台阶开挖引起的沉降比例逐渐增大,这与上下台阶距离较近且二者施工相互影响较大有关。隧道正上方地表沉降值最大,地表沉降曲线沿隧道中心左右两侧近似对称分布。相对于短台阶和长台阶,采用超短台阶可以有效降低地表沉降11. 5%和14. 6%。合理的减小台阶开挖长度,能有效减小隧道开挖引起的地表沉降。     

双线平行盾构掘进对邻近浅基础建筑物影响理论分析

为解决双线平行盾构隧道施工对邻近浅基础建筑物的变形及弯矩变化的影响问题,并对实际掘进工况给出施工建议,利用Sagaseta纵向地表变形计算公式,推导出双线平行盾构掘进影响区内浅基础建筑物地基、基础和结构协同作用的力学模型,分析得到浅基础框架建筑物变形以及弯矩变化规律。研究结果表明:盾构隧道掘进区内,浅基础框架建筑物的弯矩大小随着开挖面的靠近逐渐增大,开挖面到达建筑物正下方附近时达到最大值,之后又逐渐减小;建筑物倾斜率越大,梁端弯矩和底层柱对基础的约束弯矩也越大;双线平行盾构先后掘进相比同时掘进引起的建筑物倾斜更小、沉降变化更加缓和,框架结构及基础梁的弯矩更小,且随着先后掘进开挖面距离的增大,弯矩变化曲线逐渐由V型转变成W型;建议双线平行盾构施工时尽量避免同时掘进,并进一步加强对建筑物首尾沉降差及倾斜率的监测。     

盾构隧道掘进施工对邻近既有建筑的影响分析

盾构隧道掘进过程中,会对周围土体产生扰动和变形。当变形达到一定程度时,会危及邻近建筑物的正常使用。基于有限差分软件FLAC 3D建立三维数值计算模型,模拟不同临近距离和不同建筑层高工况下盾构隧道掘进对邻近既有建筑物的影响,选择既有建筑物沉降作为指标进行分析,对不同工况下既有建筑物的沉降变化曲线进行数据拟合,并与现场实际监测数据进行对比分析。研究结果表明：（1）不同临近距离工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随临近距离增大,同一施工步下建筑物的沉降逐渐减小,沉降速率逐渐减小。（2）不同建筑层高工况下,随盾构掘进步数增大,建筑物的沉降逐渐增大。随建筑层高增大,同一施工步下建筑物的沉降先逐渐增大后逐渐减小。（3）盾构掘进过程中对邻近建筑物的主要影响区约为1.6倍隧道外径。研究成果可为类似盾构隧道掘进施工提供参考。     

渗流作用下盾构隧道地表变形规律研究

在泥水平衡盾构工法中，通常会用密封舱的泥浆来平衡开挖面的水土压力，从而达到控制地表变形的目的，因此，泥浆压力的选取十分关键。为了解决工程中泥浆压力的选取问题，采用理论分析方法，结合泥水盾构隧道开挖面平衡稳定原理，对泥浆在开挖面上的3种形态进行对比分析，结果表明，“渗透模型”在工程中广泛存在，且渗透作用会导致开挖面稳定性减弱。基于“渗透模型”,采用FLAC^3D软件进行流固耦合计算，结果显示，渗流作用下地表最大沉降随泥浆压力的增大而减小，当泥浆压力达到一定限值后(本工程背景下为400 kPa),地表最大沉降值不再减小，该研究解决了合理确定泥浆压力控制地表沉降的难题；通过分析盾构掘进过程中岩土体应力状态分区和地表沉降云图，构建了地表沉降范围预测模型，模型理论计算结果与数值模拟结果吻合良好，该模型可用于泥水盾构隧道施工引起的地表沉降范围预测。此外，在泥浆压力为400 kPa时，采用数值计算方法进行了泥浆渗漏计算，结果表明泥浆渗漏上边界距水库底面7.5 m,不会对保护区水体造成污染。该研究结果可为泥水平衡盾构施工中泥浆压力的选取、地面沉降范围的确定以及泥浆渗漏的影响这3个施...     

接收端主体结构板施作时机对盾构接收施工影响分析

为探究车站接收端主体结构不同施作时机条件下盾构接收对地表沉降、围护桩及结构端墙侧墙变形的影响规律，依托西安地铁14号线某区间盾构接收施工工程，采用有限元数值模拟方法对车站盾构接收端主体结构不同施作时机条件下（底板施作完成后、中板施作完成后、顶板施作完成后）盾构接收时的地表沉降及桩体变形进行对比分析;在此基础上进一步研究不同位置钢支撑轴力变化对盾构接收时位移变形的影响，并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）车站接收端主体结构中板施工完成后盾构接收对周边地表沉降及围护桩变形影响最小，此时地表最大沉降位于端头洞口上方，桩体竖向呈沉降趋势且水平向临空面位移。2）围护结构第1、2道支撑轴力变化对盾构接收后地表沉降及围护桩变形影响较大，且随着支撑轴力的增大，地表沉降及围护桩横向变形明显减小。3）在确保支撑轴力满足安全限值的条件下可以适当增大支撑轴力，以控制盾构接收引起的地表沉降及桩体变形。     

叠落式暗挖与盾构隧道施工的变形控制

叠落隧道施工会对地层产生多次扰动,较之单线隧道地层变形机制更加复杂,对变形的准确预测并采取可靠的控制措施是隧道安全施工的重要保证。依托某地铁区间叠落式暗挖与盾构隧道工程,首先采用数值模拟分析了叠落式暗挖与盾构隧道地层变形特性;根据数值分析的结果从地层超前加固、开挖方法、支护结构等方面制订了地层变形的控制措施,使地层变形在控制标准范围内;实际施工中采用给出的控制措施来控制地层变形,保证了工程施工安全,取得了较好的实施效果,并通过现场试验对此进行了验证。研究结果表明:暗挖隧道(上行)施工产生的地表沉降明显大于盾构隧道(下行)开挖,两洞施工结束后的地表沉降最大值位于暗挖隧道拱顶上方;对本工程不同开挖顺序产生的地表变形而言,"先上后下"施工产生的地表最大沉降值及沉降影响范围均大于"先下后上"施工,工程实际中可采用"先下后上"的施工顺序;监测数据表明将暗挖隧道作为地层变形控制重点,通过对暗挖隧道采取超前注浆,可有效控制地表变形,减小两隧道开挖的地表影响范围,说明在暗挖隧道中采用超前注浆可作为叠落式暗挖与盾构隧道修建过程中的重要安全控制措施。研究结果可为类似隧道工程的设计、施工提供一定参考。     

郑州地铁盾构隧道下穿加油站的沉降分析

郑州地铁1号线03区间盾构施工需下穿一加油站,该加油站平行布置3个尺寸相同的埋地储油罐,总容积为150 m3,属一级加油站。3个储油罐与左线盾构隧道的竖向净距为7.0 m,水平净距为2.7 m,该加油站属Ⅰ级风险源。为保证盾构施工的安全,提出针对性的盾构掘进控制措施,采用ANSYS通用有限元软件对盾构施工下穿加油站引起的沉降进行数值模拟,计算得到的地表最大累计沉降和倾斜率均未达到监测报警值;因此,加油站在盾构施工时可以正常营业。为了保证盾构的安全推进,提出2盾构的推进间距距离、土舱压力、同步注浆压力等控制措施。盾构掘进过程中的地表和建(构)筑物的监测结果表明:地表和建(构)筑物的最大累计沉降和沉降速率均未达到监测报警值,盾构已经安全穿越加油站,文章提出的盾构掘进措施和研究方法可为类似工程提供参考。     

黏土地层盾构隧道开挖面稳定性的离心模型试验研究

在盾构施工过程中，软黏土地层开挖面的变形机理和稳定性研究仍处于经验阶段。利用离心模型试验，研究了上海黏土地层盾构开挖面稳定性问题。试验分析了盾构开挖过程中开挖面前方土体土压力的变化规律和支护应力与地表沉降的关系。给出了主被动破坏的极限支护应力值以及施工参考范围，这对黏土地层盾构开挖面稳定性控制至关重要。     

区间隧道暗挖施工引起地表沉降数值分析

以某地铁暗挖区间隧道施工为工程背景,运用MIDAS-GTS数值模拟,探讨了隧道埋深、地层条件、支护条件等因素对地铁区间隧道暗挖施工引起地表沉降的影响。研究结果表明:随着隧道埋深和土体弹性模量、黏聚力及内摩擦角的增大,均使开挖过程中的土体扰动效应减小。而支护强度对最大地表沉降量Smax、地层损失率Vl及沉降槽宽度系数i的影响不明显。     

盾构隧道施工对临近群桩基础工程特性影响分析

本文通过有限元数值模拟分析盾构隧道施工对临近群桩基础的影响,以实际工程为依托,建立三维数值仿真模型,研究结果表明:(1)在隧道开挖完成后,临近桥梁桩基础极限承载力下降了5.7%;(2)盾构隧道开挖下地表沉降最大为3.99mm,对临近建筑物有一定影响;(3)各工况下,隧道开挖前后桩顶沉降差为0.24~0.31mm,即由隧道掘进施工引起的桩基础的附加沉降较小,不会引起桥梁上部结构内力明显的变化。     

盾构隧道开挖对既有建筑物沉降分析

地铁建设是解决城市交通拥堵问题的有效途径。但是,如果施工措施不当,可能会导致地面沉陷、基坑垮塌、隧道破坏、周边建筑物损害、地下管线损害等事故。该文针对这一问题,参考相关文献,将结构、土体和地铁盾构施工综合进行分析,探讨了多种施工因素对邻近建筑物或构筑物的影响,以确保在隧道盾构正常施工的同时,尽量减小施工对邻近建筑物或构筑物的不利影响。为了分析城市地铁隧道盾构施工对邻近建筑的影响,立足郑州市实际情况,采用数值仿真分析软件FLAC3D,对盾构施工对邻近建筑的影响进行了数值模拟,讨论了隧道与建筑物间距对地表最大沉降及基础差异沉降的影响。     

某盾构隧道施工对周边建筑物影响分析

盾构隧道施工会引起周围地层位移,从而对周边建筑物产生不利影响。为保证施工过程中周边建筑物的安全,在工程项目实施前需要进行安全评估。依托浙江宁波某在建盾构隧道工程项目,通过MIDAS GTS三维有限元分析软件对盾构隧道的掘进过程进行了模拟,分析不同程度施工扰动作用下建筑物的沉降位移。并结合当地盾构隧道施工的地表沉降监测数据,对上部建筑物的安全进行评估,提出盾构施工监测数据的关键控制指标。分析结果表明对于该工程,在盾构隧道的掘进施工过程中,位于其上方的建筑物安全可靠。通过该方法可以用既有的施工监测数据对建筑物沉降进行预测,为相关工程提供方法指导。     

路堑边坡桩锚支护施工过程数值分析

对长沙市某桩锚支护路堑边坡的施工过程进行数值模拟，分析研究边坡开挖对周围土体变形、支护结构变形及受力的影响。结果表明:桩顶的位移先向边坡土体变形，再向坡前临空面变形；边坡开挖后坡顶的小土坡在其坡面中点高度处产生的y向位移最大；边坡开挖对坡顶的6层建筑物无太大影响；边坡土体开挖后在开挖面的中部和边缘处会出现较大的地表隆起；开挖面以上桩后各点的土压力随着开挖高度的增加出现先增大后减小的现象；第1～3排预应力锚索自由段的轴力是随开挖高度增加先减小后增大，而第4～6排预应力锚索自由段的轴力仅有增长的趋势，最终锚索的最大轴力均小于初始预应力值。     

大断面隧道开挖稳定性数值模拟分析

为了确保大断面隧道开挖的稳定性,采用数值模拟方法,以某大断面隧道开挖支护为例,通过介绍隧道地表沉降和塑性区来判断隧道的稳定性。隧道开挖支护后正上方沉降最大,向两侧沉降逐渐减小,地表沉降基本沿隧道中心左右对称,且呈现出抛物线形状;初次开挖时隧道外环周围出现小范围剪拉,随着与掌子面距离增大,塑性区范围不断扩大,且扩大位置主要发生在拱肩和拱脚部位;从塑性区分布可以看到,拱顶和拱底主要为剪拉屈服,其他部位主要为剪切屈服。