TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度研究

文中基于midas GTS对全断面隧道挖掘机穿越中风化花岗岩的最小覆岩厚度进行研究,通过4个不同地质断面条件和改变覆岩层厚度分析隧道与地表位移特征。结果表明,在隧道与地表横向地层竖向位移特征中,拱顶同高度处横向地层竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,隧底同高度处横向地层竖向位移与覆岩层无关,横向地表竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,最大沉降值出现在左、右线隧道中间;在隧道与地表纵向竖向位移特征中,覆岩层上部土层厚度越大,隧道拱顶沉降越大,隧底隆起值越大,地表沉降值越大;覆岩层越厚,隧道拱顶沉降越小,隧底隆起值越大,地表沉降值越小。文中在4个不同地质断面条件下在覆岩层厚度取值为0.055D、0.11D、0.165D、0.22D(D为隧道外径)时位移特征均满足规范要求,因此TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度可取0.055D。     

水下盾构隧道的合理覆土厚度数值模拟分析

针对水下隧道长期赋存于富水环境中,围岩的力学性质较差,地层的成拱能力降低的特点,研究水下盾构隧道的合理覆土厚度,为设计与施工提供参考。在国内外学者研究成果的基础上,依托具体的工程实例,鉴于实际施工中盾尾管片壁后注浆对盾构隧道的动态上浮作用和对地层沉降的影响,进而确定对盾构隧道最小覆土厚度的影响,同时基于水下隧道突水风险研究,综合考虑水、土、注浆浆液的动态影响,通过对颗粒流数值模拟结果进行分析,给出水下盾构隧道合理覆土厚度和最小覆土厚度临界值的判定依据和条件,采取必要的信息化施工和响应联动措施,控制水下盾构隧道浅覆土穿越水体地层变位,保证工程和环境的安全。研究结果表明:双洞隧道的地表沉降曲线基本符合Peck沉降槽理论,随着埋深的增加,地表沉降将由2个独立的沉降槽逐渐发展叠加为1个新的沉降槽;对于依托工程而言,隧道覆土厚度的临界值为1.3D;围岩的竖向位移随距隧道中心线距离的增大而减小,当距离增大到0.5D后位移变化不再显著;隧道开挖后,由于隧道顶部土体拱效应的发挥,不同埋深情况下作用在管片上的土压力将明显小于初始土压力,且压力值与埋深成正比。     

圆形隧道施工对不同深度地层沉降影响的模型试验研究

为了预测圆形隧道施工引起地表以下不同埋深地层沉降特征,首先,通过理论推导不同地层最大沉降位移与沉降槽宽度系数的函数关系;然后,建立包括试验台架、地层模型、圆形隧道开挖模型以及测量地层变形装置的平面应变模型试验系统。通过理论解析和模型试验可知:1)地表以下地层的最大沉降位移与沉降槽宽度系数成反比;2)不同深度地层的沉降位移随着地层埋深的增加而增大,且地表以下地层沉降槽曲线仍然符合正态分布;3)通过对模型试验数据进行回归分析,得到黏土地表以下不同深度地层沉降槽宽度系数的计算公式,从而为预测圆形隧道施工地表以下不同深度地层竖向位移提供了一种可靠的计算方法。     

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。     

基于正交试验法的顶管端头土体加固效果评价

顶管始发与到达时的端头土体加固是隧道施工成败的关键。对现有的滑移失稳理论做出改进,得出了端头土体纵向加固厚度大于洞口高度时的稳定系数计算公式;使用三维有限元数值模拟,计算拔除洞口H型钢支护和机头穿越加固区后的端头土体地表沉降;最后采用正交试验法分析了纵向加固厚度、加固强度和上覆土厚度3种因素对端头土体加固效果影响的主次关系。结果表明： 覆土厚度和加固强度对端头土体地表最大沉降值影响并不显著,而加固厚度对其影响很大,增加端头土体的纵向加固厚度可有效减小地表最大沉降值;覆土厚度与端头土体稳定系数呈负相关,加固厚度和加固强度与端头土体稳定系数呈正相关。     

浅覆土条件及软硬不均地层盾构掘进技术研究

论文以南京纬三路过江通道工程为依托,研究浅覆土、软硬不均地层等复杂地质条件下的盾构施工技术,在软硬不均地层盾构掘进模拟的基础上对过江通道的地表沉降、衬砌管片变形与支护结构受力等进行综合分析:(1)在最大水压0. 74MPa的情况下,衬砌管片顶、底部所受岩土体压力约为700至800kPa,侧向压力约为300kPa;(2)隧道施工后引起的最大沉降值为41. 8mm。隧道管片在受到垂向的挤压后,其侧向最大外延变形并非发生在管片水平两侧,而是发生在管环上部偏两侧的位置;(3)当覆土厚度为20. 5m时,衬砌管片顶部发生位移值最大,为6. 33mm,随着覆土厚度的不断增大,衬砌管片顶部的位移值不断减小。这些研究结论可为今后类似条件的过江越海隧道工程提供借鉴,有力提升我国跨江越海隧道工程的建设水平。     

覆土厚度对城市软岩隧道围岩稳定性的影响分析

针对城市地铁隧道浅埋表层土厚度对隧道围岩稳定性的影响,利用有限元方法研究了不同覆土厚度条件下浅埋软岩隧道开挖过程中的变形规律.结果表明：受开挖的影响,左右两侧的x方向位移较明显,y方向位移主要表现为竖向沉降且由于受到开挖的影响其变量较大;表层土厚度越大,隧道围岩越不稳定;覆土较薄,围岩应力集中现象出现在隧道两侧,覆土较厚,围岩应力集中出现在x方向下方45°位置;衬砌区域上下侧所受应力高于左右两侧,且衬砌区域应力显著大于软岩.     

盾构隧道埋深对临近铁路桥梁的影响分析

为研究盾构隧道下穿临近铁路桥梁过程中隧道埋深对既有桥梁沉降变形及水平位移变化的影响,以武汉地铁3号线区间盾构穿越铁路桥梁工程为依托,利用有限元软件ANSYS对不同隧道埋深（2D、2.5D、3D（D为隧道直径））下桥梁的梁体结构、轨道线路及桩基位移等进行对比分析,并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大会引起桩基、梁体及钢轨等结构竖向位移的增大,当隧道埋深为18 m时,墩台最大沉降超过了限制值; 2）隧道埋深分别为12、15、18 m时,桥梁墩台及梁体结构均表现出以沉降为主的变形,而水平位移变化幅度较小; 3）在满足地表沉降限值的条件下可适当减少隧道埋深,以控制隧道开挖引起的上部桥梁、钢轨等结构物变形。     

基于数值模拟的矩形隧道施工方案比选研究

为了保证隧道施工和后期运行的安全,要选择出一个普遍适用于大断面矩形隧道的开挖方案。采用FLAC3D有限差分软件对3种不同的施工方案进行数值计算,对施工过程中隧道周围岩体位移、地表沉降以及周围岩体应力变化的计算结果进行对比分析,结果表明,采用先开挖隧道两侧岩体,后开挖隧道中部岩体的施工方案在应力集中程度和地表沉降方面比其余两种方案最大可降低41.3%和9.5%;隧道开挖过程中对地表沉降影响的范围大致为隧道跨度的5倍;浅埋大断面矩形隧道两侧岩体水平位移模式为向隧道外侧位移,与一般隧道不同。最后,优选出的施工方案将为大断面矩形隧道的实际施工提供参考。     

地铁区间隧道地表沉降变形机理及其规律研究

地铁区间隧道在开挖过程中因地质条件复杂、隧道埋深及跨度大、覆土内管线密集等原因造成地表沉降、地层移动等工程事故屡见不鲜。以某地铁区间隧道为工程依托,通过理论分析,借助peck地表沉降理论研究分析区间隧道开挖过程中的沉降规律,得出了地表沉降的函数关系表达式;借助Midas GTS数值模拟软件选取试验段区间隧道,对其开挖过程中的地表沉降规律进行分析计算,将其变形沉降曲线与peck沉降理论进行比较,得到济南地区区间隧道开挖过程中的地表沉降规律,指导工程实践。     

地铁隧道盾构下穿既有隧道的数值模拟

随着城市轨道交通的快速发展，新建隧道施工临近既有已运营隧道的情况越来越多。以某工程中新建盾构隧道下穿既有已运营隧道为背景，运用大型有限元软件ABAQUS对盾构下穿施工过程进行了模拟，分析了既有隧道的应力和位移以及不同地层损失、不同覆土厚度和隧道间距对既有隧道的影响。结果表明:新建隧道盾构下穿施工使既有隧道的应力分布发生变化，并使既有隧道产生向着新建隧道的位移，最大位移发生在新建隧道下穿位置；地层损失、覆土厚度、隧道间距对既有隧道沉降的影响较大，在设计、施工过程中应引起足够的重视。     

ABAQUS接触非线性对隧道开挖变形影响数值模拟

为探究初期支护与围岩在不同接触类型下开挖隧道对围岩变形的影响,以某公路隧道为依托,采用ABAQUS软件建立隧道开挖支护三维模型,分别对初期支护与围岩之间绑定约束及不同摩擦系数的面面接触进行了数值模拟,分析了不同接触条件下围岩变形规律。结果表明：无论特征点的竖向位移还是水平位移,绑定约束均较面面接触小,前者约为后者75%～80%;面面接触时不同的摩擦系数各级位移极差在5 mm以内,尤其在仰拱特征点时各级位移量几乎重合;垂直隧道轴线方向地表沉降值,前者约为后者85%;隧道轴线方向地表沉降值会在第10分析步前后出现反转,开挖之初前者位移小于后者位移,开挖终了时后者位移反超前者位移。该结果可为今后类似隧道数值模拟提供参考。     

瘦西湖超大直径盾构隧道施工对周边环境影响分析

大直径曲线盾构隧道中,盾构掘进时盾构对其两侧和拱顶上方的土体作用不同,不同位置土体表现出不同的变形规律。为了保证曲线盾构隧道施工安全进行,并针对变形的差异性提出相应的解决方案,采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析,监测项目包括地表沉降、分层沉降、土体深层水平位移。研究结果表明:1)随着隧道掘进,地表沉降呈现反"S"形变形趋势,与3个变形阶段对应,即盾构切口到达时缓慢隆沉,盾构通过时沉降较快,盾尾脱出时沉降趋于稳定;2)横向沉降槽曲线中,掘进时隧道掘进方向曲线内侧沉降量比外侧对称位置沉降更大;3)土体水平位移在隧道掘进方向曲线内侧变形量小于外侧变形量。     

超浅埋隧道下穿管线沉降变形及控制基准研究

以福州市某超浅埋隧道斜穿市政管线工程为依托,结合FLAC 3D软件、现有城市管线标准与实测数据,对管线沉降规律展开研究,并制定安全可行的管线控制基准。研究表明:双侧壁导坑法相比三台阶法与CD法开挖时,前者具有"小分步,大分级"的特点,对管线沉降控制效果更显著;隧道-管线交点出现最大沉降量-7.39mm,管线由于自身弹塑性质,而发生两端微小隆起;上覆土重力使管线沿水平方向上发生挤压变形,水平位移最大值为1.2mm,可知管线竖向变形受施工影响更敏感。需对隧-管相交段地表进行外界荷载管理,避免管线在水平方向位移过大而破坏。地表横向沉降最大值S_(max)与沉降槽宽度系数i的比值作为沉降控制限值,可有效保护管线。研究成果对研究隧道下穿管线变形规律与控制具有很强的实用性和研究意义。     

漳龙高速公路扩建隧道围岩力学特性三维有限元分析

为分析隧道扩建过程中围岩的力学特性,确保施工期间围岩的稳定性,以漳龙高速公路后祠隧道扩建工程为依托,建立了反映实际地形的三维有限元模型,对后祠扩建隧道施工期间地表沉降、拱顶下沉、周边位移的特征以及拱脚和拱顶的应力变化规律进行计算分析。计算结果表明： 原位扩建隧道位移变化规律不同于普通新建隧道位移变化规律,隧道原位扩建施工过程中,地表沉降曲线表现出了明显的非对称性; 隧道掌子面前方12 m及掌子面后方24 m范围内变形较为迅速,为非稳定变形段; 根据隧道拱顶位移曲线,提出了针对扩建隧道位移空间变化规律的公式,该公式能预测后祠隧道的变形,从而为施工提供建议和指导; 隧道拱脚表现为压应力集中区,随着开挖的进行,拱脚主应力逐渐增大,而拱顶主应力逐渐减小并向拉应力过渡,最终拱顶呈现出较小的拉应力。     

莲花山隧道进口回填冲沟段加固技术

为了防止隧道洞口仰坡发生大规模滑坡地质灾害,针对莲花山隧道进口建筑弃渣回填的天然冲沟区段,提出了在左右线隧道中夹岩打设钻孔灌注桩的加固方案,建立了平面应变弹塑性模型对比分析无降水条件下加设钢筋混凝土支护桩前后隧道拱顶和地表位移情况,并在施工过程中监测左线隧道进口仰坡沉降进行了验证。数值计算结果表明,未采用支护桩措施时,右线隧道(后行、浅埋侧)的拱顶水平位移明显大于左线隧道,右线隧道拱顶水平位移最大值为61.2 mm,地表测点水平位移最大值为59.3 mm,沉降最大值为54.9 mm;采用支护桩措施后,左线和右线隧道的拱顶沉降变化不大(最大变化量约0.9 mm),右线隧道拱顶水平位移最大值减小为24.9 mm,地表测点水平位移最大值为1.7 mm,沉降最大值为5.3 mm。现场监测结果表明,左线隧道进口仰坡变形在左线隧道施工后30～50 d趋于稳定,受右线隧道进口施工影响很小;左线隧道进口仰坡沉降量最大为10.2 mm,洞内初期支护与二次衬砌结构均未出现病害现象。经综合分析认为,该隧道加固技术对控制隧道变形、预防滑坡灾害的效果较好,可为其他类似工程设计提供参考与借鉴。     

超大直径泥水盾构浅覆土掘进引起的土体变形特性分析

浅覆土段超大直径盾构隧道上浮的现象相当普遍,但隧道上浮导致的土体变形特性却鲜有论述。以上海市北横通道盾构隧道工程为背景,通过地表和深层土体沉降的实测数据,分析了浅覆土段超大直径泥水盾构掘进引起的土体变形特性。研究表明:管片脱出盾尾之后地表迅速隆起,在管片脱离盾尾12环时取得最大隆起量;横向3.6D监测范围内的地表均发生隆起变形,且距离隧道轴线两侧各1D范围内的地层在盾构通过后会发生较大的沉降变形;深层土体监测点的最大隆起量自下而上基本呈现递减趋势。     

桥梁桩基础施工对既有明挖隧道变形影响研究

以某桥梁跨越隧道工程为研究背景,运用有限元软件模拟桥桩基础施工过程,并针对桩基础不同开挖深度对地铁隧道的影响展开对比分析,研究表明:在桥梁桩基础施工过程中,东西双向隧道拱底、隧道左、右拱腰以及桩基础周边土体变形规律均呈对称分布;靠近隧道附近施工对隧道拱底和拱腰的变形影响最大;桩基础开挖深度未超过隧道时,地表沉降与桩周土体水平位移均随着开挖深度的增大而变大,当开挖深度超过隧道位置后,地表沉降与桩周土体位移将不再受开挖深度的影响,其结论可为类似桥梁跨越隧道工程研究提供参考与借鉴。     

高海拔特长公路隧道下穿高压电杆的加固措施

为保证高海拔浅埋特长公路隧道下穿高压电杆施工过程中电杆的安全稳定,通过对高海拔隧道围岩和注浆加固区进行物理力学试验,建立三维有限差分模型,模拟隧道下穿电杆施工全过程,并结合现场监测数据,研究隧道周围管棚支护与上方地表注浆对近接电杆的稳定性加固效果。研究表明:隧道开挖对既有高压电杆基础的竖向沉降影响较大,水平位移影响较小;地表注浆、管棚加固可改善软弱岩体的整体性与强度;在隧道下穿高压电杆过程中,电杆沉降位移满足控制标准,预注浆加固效果显著。     

地铁暗挖隧道下穿既有电力隧道施工过程位移响应

轨道交通在促进城市区域发展和缓解交通压力方面的贡献越来越显著,暗挖隧道施工不可避免对周边管线产生扰动。选取黄土地层地铁区间近距离下穿某电力隧道为工程背景,采用过有限元差分程序FLAC~(3D)建立三维数值模型,对地铁区间隧道下穿既有管线位移响应进行研究,并与现场实测位移数据进行对比。数值计算与现场实测的地表沉降曲线基本一致。区间隧道开挖引发的地表沉降曲线仍符合Peck曲线分布,地表沉降位移最大值约为26.1 mm。地表沉降曲线为左、右线隧道施工扰动的叠加,电力隧道竖向位移最大值为12.6mm,满足产权单位提出的20 mm的位移控制标准。区间隧道施工应遵循超前支护,短进尺、强支护、勤量测、紧封闭,确保隧道施工安全和电力隧道正常使用。