既有桩基影响下隧道开挖地层变形规律研究

为了研究城市隧道沿线邻近既有桩基的情况下,隧道开挖导致的地层变形规律,本文通过一个透明土物理模型试验并采用基于PIV技术的土体内部断层三维变形量测系统监测变形,得到了在既有桩基影响下,隧道施工过程中的地层规律。研究结果表明:隧道开挖引起的周围土体变形区域主要位于隧道上方及上方左右两侧,变形主要以竖向沉降为主,水平变形为辅,砂土地层呈现出整体较均匀变形模式,竖直与水平方向变形均大致对应隧道轴线对称;砂土地层中,隧道掌子面在桩基-隧道中心轴线前时,隧道周围地层变形较小,即隧道开挖的影响还未到达(刚到达)该区域;掌子面位置经过桩基-隧道中心轴线切面后,该切面上地层发生持续变形,直至掌子面位置距离该面约2倍直径后重新达到稳定平衡状态,变形基本完成。     

水下隧道开挖面三维渗流场解析及涌水量预测分析

开挖面前方地层水压力及渗水量值是水下隧道工程重要参数,也是开挖面支护力设计、超前堵水加固参数设计的重要指标. 针对以往二维渗流模型分析水下隧道开挖面前方三维渗流场的局限性问题,首先,建立考虑开挖面前方渗流等势面为空间曲面的水下隧道三维渗流解析模型;其次,推导以开挖面所在平面为分界线的全部未开挖区半地层空间的水头分布函数,得出开挖面渗水量及前方地层孔隙水压力计算公式;最后,分析超前加固厚度、土体与超前加固渗透系数相对值等因素对开挖面前方水压力及渗水量的影响. 分析结果表明:与以往考虑开挖面正前方为二维渗流场的理论模型相较,三维解析模型能更好地反映开挖面前方空间渗流形态,且涌水量与水压力计算结果误差在5%以内;当掌子面前方加固范围为2倍洞室直径,超前加固区与地层相对渗透系数取值50,为安全合理的超前堵水加固参数.      

复杂断面地铁隧道开挖优化及对建筑物的影响

基于FLAC3D,建立了复杂断面隧道和建筑物的三维数值模型,以沉降量和结构应力最小为优化目标, 对5种工法方案进行了优化,以确定最优工法.用最优工法开挖隧道,预测开挖引起的塑性破坏区,并提出有针 对性的预加固措施.在对塑性破坏区进行预加固的条件下,预测各开挖段地表和建筑物基础的沉降特征及最大 沉降量,对比分析地表沉降曲面与建筑物基础沉降曲面的差异,评价整个开挖过程中建筑物和隧道关键结构的 安全性.数值模拟结果与实测数据规律一致,为复杂断面地铁隧道开挖的环境控制提供了重要的技术支持.      

Model test for dynamic construction mechanical effect of large-span loess tunnel

It has been a focus of debate for a large time on construction methods for large-span loess tunnel. Reasonable construction method has much effect on stability of tunnel and construction schedule. Deformation and failure of surrounding rock are quite complex. Associating with the large-span loess tunnel of Zhengzhou—Xi’an high-speed passenger rail line in China, large scale model test with geometric proportion 1:20 is applied to study on dynamic mechanical behavior of various construction methods. They include full-face excavation with support and no support, and benching method with support. It is found that pre-deformation and stress accumulation take place ahead of working face. The effects of three construction methods are further studied, particularly in terms of tunnel displacement and stress changes. It is revealed that benching method transfers load to an unexcavated area, limits horizontal deformation, reduces stress concentration effectively, lengthens the distance between location of peak for stress concentration and working face, and consequently increases stability. The model test results not only supply theoretical foundation for determination of reasonable construction method, but also can act as reference for similar tunnel and underground engineering construction.     

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

地铁站基坑开挖对相邻建筑物影响性分析

由于地铁3号线天津站基坑开挖施工过程中,基坑周边土体产生明显的变形,导致站后局建筑物产生一定程度的地基不均匀沉降和建筑结构产生裂缝,建筑结构存在安全隐患．为防止建筑结构进一步破坏和制定保护方案,对建筑地基进行了施工期间的沉降监测．依据监测结果,采用大型有限元软件ANSYS对基坑不同开挖深度时地基不均匀沉降对建筑物可能造成的影响进行了分析,对其结构性能进行了合理评价．结果表明：目前沉降量暂时不会导致承栽结构破坏;相邻框架柱间最大沉降差与相邻框架柱间距的比值5‰为建筑物不发生结构性破坏的临界不均匀沉降条件．其结果可作为地铁基坑施工时制定站后局保护方案的参考,也可作为其它工程的参考．     

武隆隧道出口段浅埋穿越既有建筑物施工技术

详细介绍了武隆隧道浅埋穿越既有建筑物施工中所采用的隧道开挖、钻爆设计、既有建筑物桩基处理以及施工监控量测等技术措施。     

浅谈软弱围岩隧道中最优循环进尺的确定

尽管在传统隧道中循环进尺对技术和经济都有重要影响，但是对于它的确定还没有一个条理清楚的程序。研究了还没有施做支护控制的软弱围岩隧道进深的确定问题。一系列的小规模几何模型相似实验和PFC3D分析对掌子面和无支护段的行为模式进行了检测分析。研究结果在表明安全系数和相关行为模式为圆的长度变化关系的“软弱围岩隧道开挖方案条件图”中有体现。在有详细的结构信息，开挖优化和概率设计阶段可以独立进行。可为基坑的优化提供有用的信息。     

基于三维非连续几何模型的盾构施工模拟

以苏州地铁一号线工程为研究背景,建立考虑管片分块、连接螺栓及施工过程各因素的三维非连续几何模型,对盾构法施工过程进行仿真模拟.论述了盾构开挖系统模型的几何非线性方程组的推导过程,盾构顶进推力及注浆材料性质的计算方法.模拟计算结果显示：盾构管片内外侧表面大部分区域处于受压状态,拱顶与拱底部位及靠近连接螺栓的部分区域处于受拉状态;受盾构顶推力作用,盾构开挖面前方土体有一个典型的隆起区域,地表最大隆起值为2.5 mm,出现在盾构开挖面前方8.5 m处;盾构开挖面后方土体沿隧道纵向的沉降受注浆材料影响随时间变化,并逐渐趋于稳定;在盾构法施工中,各管片连接处的土体受施工影响明显,土体塑性区范围较大.     

基于不同应力释放作用下小线间距隧道开挖地表沉降规律的研究

隧道开挖常常伴随着开挖面周围岩体应力的释放,而应力释放的大小与开挖面的大小、岩体的性质、地下水的埋深等多个因素密切相关。因此,在进行隧道开挖数值模拟计算时,初步估计开挖面岩体应力释放大小显得尤为重要。基于此,并结合工程实例,研究了不同应力释放下小线间距隧道开挖地表沉降规律,并与实测沉降数据相结合加以分析。结果表明,开挖面应力释放为60%时,数值模拟结果与实测结果较为接近,更能合理反映工程实际。     

层状复合顶板巷道稳定性分析

采用ANSYS有限元计算模型对层状结构岩层巷道开挖施工进行了弹塑性二维分析,发现巷道底板和煤帮中点位移随着巷道宽度的增加而增加,增加基本按照线性规律,增加幅度比较平缓,即底板和煤帮中点的位移对巷道宽度的变化不敏感．同时对巷道上部层状项板建立两端固支的力学模型,得到巷道顶板下沉的解析解,由此研究不同高跨比的围岩变形、应力变化模式和破坏特征,对层状岩层巷道的安全评价和支护有一定的指导意义．     

近接新建地铁既有污水管道安全性分析

石家庄地铁1号线市招待所段至北国商城段为左右两线,区间隧道上方靠近一既有污水管道,污水管已使用60 a。整条区段上污水管道与隧道呈一定夹角,角度较小。其中靠近地铁车站k10＋928．290～k10＋943．59区间隧道断面尺寸有所扩大,且污水管底板距离左线隧道拱顶仅6．8 m,该区段既有污水管在隧道开挖过程中可能存在安全风险,并且受污水管可能的渗水影响,隧道本身开挖过程中也存在稳定问题。分别分析了隧道开挖过程中既有污水管底板、边墙和拱部横向和纵向应力分布规律,并通过分析纵向不均匀沉降和纵向应力分布的关系,对隧道开挖过程中既有污水管的破坏机制进行了探讨。最后针对工程特点,提出了改进的超前加固方案。石家庄地铁为石家庄市新建工程,对工程后续建设具有一定的借鉴意义。     

浅埋铁路隧道下穿公路控制地表沉降的数值分析

隧道施工引起的地表沉降机制复杂,很难定量预测隧道施工引起的地表沉降及发展过程。结合某浅埋铁路隧道施工,应用有限元软件对分部开挖进行非线性数值模拟,分析隧道开挖过程中的地表沉降变形。分析结果表明:该隧道采用拱部φ159mm大管棚、间距25cm、长度30m,掌子面帷幕注浆等超前支护措施,在确保注浆效果和管棚施工质量的条件下,地表沉降可得到较好的控制。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明：隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

高速公路隧道施工全过程三维弹塑性数值模拟

为了获得开挖过程中隧道结构体应力、应变和位移规律，以渝黔二期笔架山隧道北端洞口段实态建模，采用有限元程序对施工全过程进行了三维弹塑性数值模拟，并与现场实测数据进行了比较．研究结果表明，开挖对围岩影响较大的范围在开挖面四周5m以内，且上台阶开挖的影响大于下台阶开挖；围岩沉降和水平位移在开挖前已完成1／3；围岩塑性区位于开挖面前1．5m范围内，锚杆主要受本施工段上台阶开挖的影响．     

地铁车站深基坑现场实测研究

以南京地铁某车站深基坑为工程背景,对基坑变形及周边建筑沉降进行数据分析,结果表明：基坑侧向变形的最大值一般出现在基坑开挖面附近;地表沉降在开挖前期、中期变化速率较大,后期基坑处于趋稳状态,地表沉降速率减缓;基坑开挖对于无桩基础建筑物的影响要远大于有桩基础建筑物,开挖期间尤应加强临近基础薄弱的建筑物的监测与监控.     

Physical model test on the behavior of large slurry shield-driving tunnel in soft clay

As the dimension of the slurry shield is greatly increasing, more and more attention is paid to the face stability of slurry shield-driven tunnel in recently years. A reduced-scale slurry shield model test is carried out based on the background of Qianjiang River Tunnel and Shanghai Yangtze River Tunnel. The results of the model test are presented in this paper with particular emphasis on the slurry shield driving parameters and the critical slurry pressure of the excavating face. It is shown that the behavior of large slurry shield-driving induced by the cutting face is mostly decided by the fluctuation of the slurry pressure in the chamber, and a smaller slurry pressure fluctuation range is presented according to the results of the physical model test. Especially, it is more difficult to control the machine in sandy silt than that in soft clay and muddy clay. The chamber pressure will fluctuate greatly when excavating in high permeability ground, and the gradient of accumulation of the flux difference could be used to evaluate the face balance of the slurry shield excavation.     

留核心土法开挖隧道拱顶的下沉规律分析

通过模拟某软弱围岩隧道留核心土法开挖,分析了隧道拱顶下沉随掌子面推进的变化规律.计算结果表明：上弧形导坑开挖后,拱顶下沉速度快;掌子面推进约1倍洞径时,下沉速度变缓;推进约2倍洞径时,下沉速度明显放缓,总下沉量趋于稳定.计算结果与实测数据较吻合,研究成果可为相关工程提供参考.     

基于熵值法的砂卵石地层深基坑开挖安全可拓评价

为客观评价富水砂卵石地层中深基坑开挖的安全稳定性,根据结构变形、受力、地下水以及周边环境等因素选取地面沉降、建筑物沉降、地下水位等8个评价指标进行开挖安全性评价,以成都某地铁车站深基坑工程为例,根据基坑开挖4个月内的实测数据,采用熵值法对所选评价指标进行赋权,基于物元理论与可拓集合的关联函数,建立深基坑开挖安全可拓评价模型,并将评价结果与模糊综合评判结果进行比较. 研究结果表明:熵值赋权计算中,混凝土支撑轴力、桩顶沉降和支护结构水平位移是本案例中最重要的三项指标,对安全评价影响最大;对地面沉降与管线沉降的可拓评价结果比模糊综合评判结果高一个等级,与实际监测数据的评判结果相符,有利于施工过程中对潜在风险的防控;基于熵值赋权的可拓评价模型能够对基坑开挖安全性进行单因素分析与综合分析,所构建的可拓评价模型可以在成都地区富水砂卵石地层基坑工程安全评价中推广使用.      

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.