浅埋曲线顶管管土作用效应研究

结合工程实际,详细论述了浅埋曲线顶管有限元计算分析中边界条件和材料强度准则的选取;采用有限元法和现场试验对顶管施工引起的管土作用效应进行了分析,两者结果基本一致。结果表明,浅埋曲线顶管中一次顶推距离、速度和注浆压力等因素影响地层扰动范围和地层应力变化值,覆土层厚度越小,地表扰动越明显;地层移动规律表现为地表先隆起后沉降,扰动的范围纵向在工具管穿越前后的一定范围内,横向对轴线内侧的扰动较外侧的明显。     

浅埋微型顶管隧道模型建立及分析

浅埋微型隧道的覆盖土层对扰动变形十分敏感,对其研究主要停留在施工经验阶段,有必要从理论上对顶管施工引起的土体扰动和地表变形规律进行研究,以便估计施工对周围环境的影响及其危害的程度,从而采取有效的防治措施,避免施工病害发生。以重庆市主城区排水工程南滨路段顶管施工为例,对顶管施工引起的土体扰动和地面变形进行了数值模拟分析,得出不同厚度覆盖土层顶管施工引发的覆土层变形规律。     

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稳定性，以Chambon和Cone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影响规律，并从细观角度解释了开挖面失稳机理.数值模型引人3维动态柔性应力边界，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，逐步减少该压力并结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进人隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖，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,ClD}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，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.C/D小于等于1.0时，失稳区直接发展到地表,C/D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~1. 3D与0.9D~2.3D.     

顶管施工引起地表变形规律的分析

结合顶管施工建立三维有限元模型,对某城市顶管施工引起的地表沉降进行了数值模拟分析,与实际监测数据进行了对比分析,并针对不同正面推进力因素对地表沉降的影响进行了数值模拟分析和探讨,得出了沿顶进方向地表变形规律和地表一般变形规律相吻合、断面横向变形与Peck公式计算地表变形相一致以及正面推进力越大,地表变形越大的结论,为顶管的施工提供参考。     

复合成层地层浅埋隧道开挖地表沉降规律分析

为探究本构模型对浅埋隧道开挖诱发地表沉降规律的影响，考虑摩擦性与临界状态土体本构模型，对复合成层地层浅埋隧道开挖诱发的地表沉降槽进行了分析. 首先，基于PlAXIS 3D有限元平台建立砂-黏复合地层浅埋隧道数值模型，材料模型选用3类本构模型（莫尔库伦（MC）、修正剑桥（MCC）、硬化小应变（HSS））及其组合模型；其次，利用参数等值转换关系，深入探讨了本构模型的选取对隧道开挖地表沉降槽宽度与深度的影响；最后，结合经验公式计算并对比分析，研究基于3类本构模型及其组合模型的沉降槽数值模拟与经验计算结果存在差异的原因. 结果表明:上、下地层均采用HSS模型时，最大沉降量及沉降槽宽度与经验公式的计算结果吻合度较高，最大沉降量相差不超过7.3 mm；上、下地层均采用MC模型时，出现地表隆起的不合理现象；下卧地层采用MCC模型、上伏地层分别采用MC模型和HSS模型，即采用MC -MCC模型和HSS -MCC模型时，其数值预测的最大沉降量高于经验公式计算值，达24.8 mm，而沉降槽形状相对于经验公式预测结果“窄而陡”；在针对HSS模型的参数敏感性分析中发现，若卸载再加载模量与初始剪切模量变化值为5%，将导致地表最大沉降量分别改变1.5%和1.0%.      

双舱大断面顶管在城市综合管廊中的应用

基于南京扬子江大道综合管廊工程,采用数值模拟方法,研究在软土地层中双舱顶管下穿已有大直径给水管期间对给水管的影响,对比加固和不加固条件下给水管的变形规律,并对比不同顶力下土体的位移变化情况.研究表明,地层加固可有效减少顶管顶进过程中既有给水管的变形;顶推力的变化对顶管施工所引起的地层变形影响较大.结合有限元分析结果对顶...     

管棚支护下CRD法施工对浅埋隧道上覆地层的影响研究

以杭州地铁三号线小和山站暗挖段隧道工程为背景,基于Pasternak弹性地基梁理论及数值模拟计算,研究了软弱破碎地层CRD法施工过程中管棚的挠度变化和地表沉降规律。研究表明,开挖面处管棚挠度最大,管棚挠度变化曲线呈“凹”型;管棚支护下地表沉降值约为无管棚支护的1/4;有管棚工况下,隧道上断面开挖时地表沉降速率远大于下断面开挖时。从理论与计算层面均证明了浅埋松软地层中管棚注浆加固技术的优越性。     

地铁盾构隧道施工对地表沉降的影响分析

以郑州市轨道交通5号线某区间盾构隧道开挖工程为例,采用FLAC3D数值模拟软件进行建模分析,将数值模拟软件得出的隧道开挖引起的地表沉降值与实际测量的数值进行对比,得到以下结论:隧道拱顶处沉降最大,拱底处隆起最大;研究断面的横向沉降均呈W形分布;断面一地表最大横向沉降值为14.6mm,对应的数值模拟得到的最大横向沉降值为14.2mm;断面二地表最大横向沉降值为7.6mm,对应数值模拟得到的最大横向沉降值为7.2mm,可知横断面沉降的实测值和数值模拟值吻合度较好,说明数值结果比较可靠。对于地表纵向沉降,开挖过程中,掌子面前方一定距离处地表形成隆起,这与盾构机与土体之间的摩擦有关,在开挖之后距离掌子面20m左右地表沉降基本趋于平稳,左右线的实测值与数值模拟值吻合度良好。断面二隧道穿越的粉质黏土厚度比较大,且自稳性较好,故断面二沉降要小于断面一的沉降,因此隧道开挖面处的地层特性对盾构开挖的稳定性十分重要。     

方形群管施工关键顶推步序对地层变形影响的研究

以南京市建宁西路过江通道江南连接线主线隧道东延工程下穿城墙仪凤门段的管幕结构法方形群管顶进施工为背景,选取施工断面关键节点,采用FLAC 3D数值分析软件,针对方形顶管不同顶推顺序引起的地表沉降规律进行分析。研究结果表明:水平方向上,跳作施工相较于顺序施工引起的地层沉降更小,但沉降数据差别较小,因此在不考虑地层变形而考虑施工便捷性的情况下,推荐顺序施工;竖直方向上,由上向下的施工顺序相较于由下向上的施工顺序产生的地表沉降更小,因此在不考虑顶进设备安装的情况下,推荐由上向下的施工顺序;L形与T形排布位置处的顶管施工中,水平方向上的施工顺序对最终沉降情况影响较小,竖直方向上采用由上向下的施工顺序产生的地层沉降更小。研究成果可为类似顶管工程提供参考。     

不同深跨比下浅埋偏压隧道地表变形规律研究

以福建省漳州至永安高速公路大隔尖隧道为工程背景,采用数值分析方法,研究了不同深跨比下浅埋偏压隧道地表变形规律。研究发现,浅埋偏压隧道开挖对地表的影响范围大小与隧道埋深成反比,隧道埋深越大,隧道开挖对地表影响越小。当单线和双线隧道深跨比分别为3.1和2.7时,隧道正上方地表已经几乎不受隧道开挖的影响。因此在工程施工中,对于浅埋偏压隧道而言,埋深越浅,越应重视施工对地表变形的影响,可以通过在地表一定范围内注浆来减小隧道开挖对地表的影响程度。     

超浅层小半径曲线顶管地面扰动数值模拟分析

超浅层小半径曲线顶管工程中,地面扰动成为施工过程中必须关注的问题。以杭州半山超浅层曲线顶管工程为基础,利用大型通用有限元软件ANSYS对超浅层顶管的施工过程进行数值模拟,建立超浅层小半径曲线顶管模型,对模型实施不同的顶进速度,用以进一步探求超浅层小半径曲线顶管在不同顶推速度下的地面变形规律,提出顶进速度建议值。     

回填土区浅埋盾构隧道开挖地层响应分析

为分析回填土地层中浅埋盾构隧道的土舱压力设置对地层变形的影响问题,根据重庆轨道交通五号线北延伸段工程区间隧道施工过程建立盾构施工数值模型,设置监测断面,对不同开挖阶段和不同土舱压力下的地层变形情况和沉降曲线进行了提取和分析。研究结果表明：在依托工程条件下,盾构隧道掘进施工过程中引起的地表沉降槽幅宽在3倍洞径左右,土舱压力取值为0.125MPa左右时对地层变形的影响最小。     

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.     

青岛上软下硬复合地层隧道开挖变形规律研究

如何控制隧道变形和地表沉降是隧道安全施工的重要问题。青岛地铁四号线静沙区间位于上软下硬的复合地层,以此隧道开挖工程为背景,总结岩土体变形的因素,通过有限元模拟软件建立隧道开挖的三维数值模型,对隧道洞身处于不同的地层开挖造成的围岩变形和地表沉降进行分析,结果表明,隧道穿越的土层类型由较坚硬岩变为全坚硬岩时,围岩稳定性逐渐变好,隧道开挖对土层的扰动减小,致使地表沉降逐渐减小并趋于稳定。     

饱和砂层泥水平衡盾构隧道开挖面稳定研究

饱和砂层盾构隧道掘进过程中,不当的开挖面支护可能导致开挖面坍塌或挤出破坏.为保证开挖面稳定,压力泥浆通常用来平衡开挖面上的土压力和水压力.因为压力仓中的泥浆压力大于地层中的静水压力,泥浆会向开挖面周围地层入渗.在这种情况下,部分有效支护力转化为超孔隙水压力,导致开挖面上的有效支护压力减小,从而降低开挖面的稳定性.因此,设计支护压力时必须考虑泥浆入渗作用和超孔隙水压力的影响.另外,地层成层情况也会影响开挖面稳定性.结合饱和砂层盾构掘进引起的超孔隙水压力计算模型和室内泥浆入渗试验结果,分析泥浆入渗和超孔隙水压力对开挖面稳定的影响,并讨论地层的分层情况和开挖面水力梯度对开挖面微观稳定的影响.研究结果表明:在设计支护压力必须附加额外压力以弥补泥浆入渗过程中有效支护压力的损失;通过对比均质承压水层和半封闭承压含水层中开挖面上的水力梯度发现,相较均质承压含水层而言,盾构隧道在半封闭承压含水层中掘进时开挖面更加稳定;在没有泥浆支护的情况下,开挖面上的水力梯度很难维持开挖面上土颗粒的稳定,因此建议压力泥浆用于饱和砂层盾构隧道开挖面支护.     

土压平衡盾构双线隧道施工引起的地表沉降规律研究

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到了广泛的应用，由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中非常关注的问题。以广州地铁三号线某盾构区间的两条水平平行隧道为研究对象，运用三维有限差分法对盾构隧道施工引起的地层移动和地表沉降进行了较为系统的研究，得出了两条盾构隧道开挖面距离、注浆压力的大小对地表沉降的影响规律，取得了一些新的认识和具有实用价值的研究成果。     

基于FLAC3D大跨度箱涵顶进滑板工法研究

浅覆土、超宽断面、特长箱涵在下穿既有构筑物中应用越来越多,而有关其顶进滑板工法鲜有研究。对比分析国内外箱涵顶进技术研究现状,结合某城市快速通道下穿既有高速公路分离式立交工程实例,简述了箱涵顶进流程,分析了其在吃土顶进阶段用顶管法铺筑混凝土滑行轨道初始设计方案,提出了在箱涵顶板前端下挖土体、分段预浇筑全断面早强快硬素混凝土滑板工法。通过建立FLAC3D计算模型,对工程实例中遇到的技术问题箱涵顶进滑行轨迹及基底土位移进行数值模拟分析,起到了信息化施工的作用,改进了原设计工法,保证了工程的进行。结果表明:软弱地基土支撑上的超宽断面超重箱涵顶进容易出现"扎头"现象,滑行轨迹方案的确定必须科学、切实可行;顶进较大位移部位出现在箱涵中线左前方,与现场情况一致,采取了紧急调整道路纵坡的措施。     

整体式斜交桥中桥台钢桩地震响应

采用有限元分析软件SAP2000建立了某整体式斜交桥的三维结构模型，通过离散非线性弹簧单元模拟桥台-台后土以及H型钢桩-桩周土的土-结构相互作用，通过一系列双向地震作用下的非线性时程分析，研究了桩的朝向、桩周土刚度及桩头转动刚度对整体式斜交桥中H型钢桩地震响应的影响规律。研究结果表明:双向地震作用下，H型钢桩的横桥向位移显著大于纵桥向，且受桩朝向的影响更为明显，强、弱轴弯矩均呈正反双向分布，屈服面函数最大值一般位于桩顶，另一峰值则位于桩身2~4 m埋深处；钢桩绕强轴弯曲布置时，桩顶纵桥向位移相比绕弱轴弯曲时降低18.2%，但横桥向位移增大47.7%，桩顶处绕强轴弯矩增加约3.9倍，桩身反向强轴弯矩峰值降低67.0%，桩顶处绕弱轴弯矩基本不变，桩身反向弱轴弯矩峰值增加约1.0倍；随着桩周土刚度的降低，桩顶纵、横桥向位移增大，桩顶屈服面函数值降低，而桩身屈服面函数峰值增加，桩身更不易保持弹性；当桩头采用柔性连接时，桩顶纵、横桥向位移均增大，桩顶屈服面函数值降低，有利于保护桩头，而桩身屈服面函数峰值增加，当桩头转动刚度过低时甚至可能大于桩顶刚度，导致桩身在罕遇地震作用下先进入塑性。      

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.      

浅埋盾构穿越渗透性地层时极限支护压力分析

基于半承压水模型综合考虑土压盾构穿越渗透性地层时覆土层及下卧层的渗透性,推导了盾构穿越层中沿掘进方向的水头分布的解析解,将其与现有的二维渗流场的解析解结合扩展为相应的三维近似解. 同时采用数值仿真得到稳态渗流条件下浅埋渗透性地层的主、被动破坏模式,建立了相应的柱体+弧形转角体模型,将前述三维渗流场引入该模型,通过力矩平衡法得到了相应两种极限状态下开挖面支护压力的计算公式,与既有结果进行对比,此计算方法更接近数值解. 研究发现:施工对开挖面前方渗流场的扰动基本局限在3倍洞径以内,主、被动极限支护压力的值随水头差的增大均线性增加,盾构直径和水头差是影响主动极限支护压力的主要因素,拱顶埋深与盾构直径是影响被动极限支护压力的主要因素,实际施工过程中,支护压力值应尽可能接近水土分算下的土体原始地层侧压力值,并在其附近（最好在其上方）小幅度波动,波动范围应以变形控制标准为依据.