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。     

大直径盾构双线隧道下穿高铁车站的受力变形研究

针对广州地铁十八号线大直径盾构双线隧道近距离下穿佛莞城际番禺大道站,建立三维地层-结构有限元模型,研究了车站结构和盾构隧道的受力和变形特征,并结合现场监测数据进行对比。研究结果表明:车站结构及隧道变形计算结果均小于规范限值,车站地连墙、底板弯矩增量稳定;实测车站结构沉降和水平位移最大值均发生在盾构双线施工完成,并与有限元计算结果接近;双线盾构的掘进对车站侧墙、抗拔桩和隧道水平位移的影响主要发生在左线掘进过程中;车站结构的内力和变形的变化趋势与盾构施工密切相关,右线、左线盾构依次掘进对车站底板沉降影响具有叠加效应。研究结果可为大直径盾构近距离下穿建筑物受力变形影响分析提供参考。     

平行隧道穿越形式对砌体建筑变形的影响研究

为确保盾构隧道修建过程中上方建筑物的安全，基于天津地铁3号线和平路站至津湾广场站区间平行盾构穿越3座砌体建筑物的全过程现场监测结果，结合流固耦合数值模拟，分析双线平行盾构隧道以先行隧道下穿、后行隧道侧穿和先行隧道侧穿、后行隧道下穿2种不同的穿越形式掘进通过砌体建筑物时，建筑物的沉降与倾斜规律。研究结果表明： 1）双线平行盾构隧道先下穿后侧穿时可对建筑物下伏地层产生二次损伤，这种穿越形式会加重影响与隧道走向呈小角度斜交的砌体建筑物的沉降与倾斜率，使其墙体的沉降曲线分布趋于“单斜状”，墙体的倾斜率为先侧穿后下穿时的2倍； 2）2种穿越形式对与隧道走向呈大角度斜交的砌体建筑物的沉降与倾斜率影响不大。     

盾构隧道下穿既有建筑施工监控分析

以成都某轨道交通工程盾构下穿既有公安局工程为背景,提出洞内深孔注浆和地层注浆加固的控制措施,通过数值模拟方法建立三维地层结构模型,模拟盾构全开挖过程,探明盾构近接穿越过程中地层以及建筑物的受力特性。结果表明,地层沉降在开挖过程中持续增长,增长速率在掘进至建筑物下方时最大;在开挖下穿段,管片变形变化显著;“工”字形建筑物两端沉降相对更大且在靠近线路处沉降达到最大,建筑物倾斜变形在掘进至正下方时最为明显。结合施工监测数据,在掘进过程中应及时根据监测数据调整盾构参数,保证建筑物沉降量与变形速率均满足施工监测要求。     

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。     

斜向双线隧道近距离开挖诱发土体位移研究

为研究斜向双线隧道近距离开挖对周围土工环境的影响,依托上海市轨道交通11号线徐家汇站-上海体育馆站区间隧道盾构开挖工程,基于Mohr-Coulomb弹塑性土体模型,采用有限元数值计算软件,模拟斜向双线隧道盾构施工相互影响工况。以隧道相对位置为变量,对隧道施工引起的周边地层变形进行模拟,分析双线隧道斜向3种工况下隧道施工对周围土体变形的影响,得到以下结论： 1）地表沉降曲线在双线隧道水平距离较小时,主要呈单峰状态,且两隧道竖直距离越大,单峰效果越明显; 随着其水平距离增大,逐渐出现双峰效果。2）埋深较浅的隧道施工对地表沉降的影响较大,且隧道中心线以上的土体受扰动程度较大。3）3种斜向工况均在土体表面及较浅隧道附近出现较大的水平位移。     

盾构隧道施工引起的土层分层沉降规律实测研究

为了获得北京地区盾构隧道施工引起地层位移的实测资料,并分析不同布置下双线盾构隧道引起的沉降特征,以北京地铁8号线二期工程为依托,分别在双线盾构区间隧道的平行段和交叠段设置分层沉降监测断面,研究盾构施工引起的不同深度处地层沉降规律。分析表明:北京典型地层不同深度的沉降槽曲线可用高斯分布来描述,沉降槽宽度随深度的增加不断减小;不同深度处,盾构到达监测断面前、超过监测断面1倍埋深距离、后期沉降这3部分大致各占总沉降的1/3;对于双线交叠盾构隧道,当先开挖下面的隧道再掘进上面的隧道时,沉降槽整体变深;北京典型地层条件下(地下水位以上),不同深度处沉降槽对应的地层损失率基本不变;施工中,盾构停机会使地层损失率和沉降量明显增大。     

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。     

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。     

基于模型试验的浅埋暗挖隧道施工过程中地表建筑物变形规律研究

为研究城市浅埋暗挖隧道施工过程中地表建筑物的变形规律，通过物理模型试验并采用3D扫描对地表建筑物沉降进行监测，同时采用数字散斑技术（DIC）对建筑物模型墙体的应变进行监测，得到浅埋暗挖隧道施工过程中建筑物墙体的应变规律。研究结果表明： 1）当建筑物中轴线与隧道中轴线平行，建筑物模型位于隧道正上方时，模型的各项应变随着与开挖掌子面距离的增大而减小； 2）建筑物模型受扭转产生的剪切应变主要受模型角点的不均匀沉降差值影响，不均匀沉降差值越大，受扭剪切应变越大； 3）建筑物模型受弯产生的拉伸应变和剪切应变主要受各角点沉降值的影响，沉降越大（即挠曲越大），产生的挠曲拉伸应变和剪切应变也越大。     

双孔隧道中后掘进盾构对地表沉降的影响

受地下空间限制,城市地铁双线隧道间净距较小,后掘进盾构隧道施工将引发地层二次扰动,导致额外地层变形,对临近构筑物安全威胁尤甚。当前研究主要基于地表横向沉降曲线研究双线隧道掘进引起地表的沉降规律和地层扰动特点,但地表横向沉降曲线不能全面反映前、后掘进盾构隧道施工引起的地表沉降发展过程及规律。以杭州地铁某区间双线盾构隧道地表沉降长期监测数据为依托,采用地表沉降时程曲线和地表横向沉降曲线相结合的方法,分析双线盾构隧道前、后掘进引起的地表沉降规律。研究表明,后掘进隧道引起的土体损失率在0.6%～0.8%之间,地表最大沉降量在15.2～20.7 mm之间,均大于先行隧道引起的土体损失率和地表最大沉降量;由于后掘进盾构对地层的二次扰动,导致最终地表沉降槽曲线并不严格关于双线隧道轴线中点对称分布,地表沉降最大值略微偏向后掘进隧道轴线。通过地表沉降时程曲线发现,先行盾构通过监测断面后,地表沉降迅速发展,主要沉降范围在隧道轴线6 m范围内;由于先行盾构隧道掘进扰动,在后掘进盾构到达前2天(约3倍盾构直径距离)地表开始发生明显的沉降;在后掘进盾构施工影响下,所引起其轴线处地表沉降量大于先行掘进盾构所对应的轴线处沉降值。     

双线隧道施工过程中地层变形控制数值分析

结合现场地形及工程地质和水文条件，选择合理的施工工法，基于理论公式和岩土有限元软件，针对双线平行隧道穿越河道开挖支护施工的全过程及施工参数的调整进行分析，研究隧道周围土体的变形沉降规律。结果表明：双线隧道开挖具有协同效应，随着两条隧道相对水平距离C的变化，地表沉降趋势由V型变为W型，进而变为两个单独的V型；越接近隧道开挖的土体，扰动越明显，伴随右线隧道的开挖和支护，两隧道中间地层变形逐渐得到控制，最大地表沉降向右偏移，符合Peck正态分布规律；分析不同施工参数下的变形规律，使地层沉降得到有效控制。     

城市大断面浅埋暗挖隧道施工与既有建筑物的响应分析研究

城市地下道路具有断面大、埋深浅、施工环境复杂等特点，常对地表既有建筑物造成不利影响。以济南市玉函路隧道工程为依托，利用现场监测数据分析和数值模拟方法，对城市大断面超浅埋暗挖隧道施工与不同走向的既有建筑物的响应作用进行研究，研究结果如下：既有建筑长边垂直隧道走向时，发生靠近隧道的柱基差异性沉降造成建筑破坏。既有建筑物长边平行于隧道走向，破坏形式为倾斜破坏，平行于隧道走向的建筑柱基不均匀沉降相对最大值发生在隧道掘进过程中，垂直于隧道走向的建筑柱基不均匀沉降相对最大值则有概率发生在全过程中的每个阶段。当地表建筑物存在时，特征点沉降变化趋势与天然地面沉降变化趋势基本一致，但是在建筑物荷载的作用下进行隧道开挖施工，应力释放过程变长，后期的固结沉降量也相应增加，导致地表沉降要明显大于天然地表的沉降。     

土仓压力对隧道近接既有隧道盾构施工影响分析

针对水底隧道平行近接既有隧道施工的情况,以长沙地铁4号线下穿湘江近接南湖路隧道工程为依托进行三维数值模拟分析,探索近接施工中盾构机土仓压力对新建隧道及既有隧道的影响。结果表明,盾构土仓压力越大,地表最终沉降越小,推进过程中要选择适当的土仓压力,不宜过大也不宜过小;盾构开挖对周边土体扰动产生的附加应力场基本以隧道中心为对称轴对称分布,随着离中心距离的增大沿两侧逐渐减少,盾构土仓压力增大则引起的附加应力也增大;随着盾构土仓压力的增大,既有隧道管片变形增大,不利于既有隧道结构的安全。     

盾构隧道施工对既有桥梁基础的影响分析

针对采用盾构法进行隧道施工时对临近的既有桥梁安全性造成威胁的情况,以城轨线盾构隧道近距离下穿京沪高速铁路桥梁的实际工程为背景,分析盾构隧道施工对既有桥梁基础的影响。采用大型有限元软件ABAQUS建立铁路桥群桩基础、隧道及周围土体的三维有限元模型,模拟盾构隧道开挖过程,并对铁路桥基桩的位移、倾斜及内力的变化情况进行分析。分析结果表明:隧道盾构掘进过程中,邻近的既有桥梁基桩沿水平方向及隧道掘进方向产生了位移,同时发生倾斜;隧道盾构掘进引起的地层扰动,不仅使周围土体及基桩产生沉降,而且导致基桩产生一定的附加力,降低了桩基础的承载力。     

盾构隧道穿越软硬不均地层时掌子面稳定性分析

在盾构隧道施工中，由于地层条件以及盾构掘进参数设置的多变性，使盾构给予开挖面的支护压力有较大的波动。针对广东肇庆市盾构隧道穿越软硬不均地层的施工，运用数值模拟研究由于开挖面支护压力变化而引起的地层变形规律、开挖面失稳后的破坏状态，并最终确定使开挖面保持稳定的极限支护压力。     

西安地铁双线平行盾构隧道净距优化

为了探究双线平行盾构下穿古建筑时的合理净距取值,依托西安地铁4号线区间双线盾构下穿和平门城墙及护城河工程,通过建立三维弹塑性模型,对双线隧道在不同净距工况下地表沉降、围岩塑性应变及管片变形等规律进行分析。结果表明:双线盾构机械施工通过后,右线隧道轴线的地表沉降值大于左线隧道轴线地表沉降值;随着净距的增加,沉降槽宽度逐渐加宽,而地表沉降最大值有明显减小;管片位移整体受净距影响较小。研究成果可为黄土地区双线地铁隧道的净距优化提供理论参考。     

城市地铁隧道施工对古建筑沉降的影响研究

采用大型有限元软件ABAQUS模拟城市地铁隧道盾构开挖诱发地表沉降规律,并针对开挖推进距离、开挖面支护以及地表建筑物刚度条件对古建筑物地表沉降影响进行了详细分析,得到以下结论:拱顶沉降、上测点周边收敛位移和下测点周边收敛位移,实测数据分别比数值模拟数据大5.41%、13.21%和10.15%,这与现场施工条件比数值模拟更为复杂有关,也说明数值模拟比较可靠。增大盾构推进距离会加大古建筑物地表最大沉降值,但是增大幅度有限,当推进距离增大为原来的3倍时,古建筑物地表最大沉降增大幅度低于10%;增大盾构开挖面支护力会明显减小古建筑物地表最大沉降值,施工过程中可以适当采取增大开挖面支护力的方法来减小古建筑物地表沉降。盾构上方地表存在古建筑物能明显减小地表最大沉降值,但地表沉降槽宽度也相应增加,因此施工过程中若盾构上方存在古建筑物,应进行特殊考虑。     

双孔平行隧道施工对地表沉降影响的数值分析

准确而又方便地确定双孔平行地铁隧道施工引起的地表沉降是工程实践中经常遇到的问题。以城市地铁区间隧道施工为工程背景，运用FLAC3D数值模拟，并结合现场实测数据，探讨了双孔平行地铁隧道开挖对地表沉降的影响。研究结果表明:地表沉降变形趋于稳定后，地表总沉降值等于开挖左线隧道和开挖右线隧道沉降变形稳定后所引起的地表沉降值之和；后行开挖隧道所引起的地表沉降值大于先行开挖隧道所引起的地表沉降值；当双线隧道间距较小时，沉降槽曲线为“单峰”形态，而双线隧道间距较大时，会呈现“双峰”特征。     

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。