类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。     

基于随机介质理论的浅埋偏压隧道沉降预测

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机介质理论,推导了浅埋偏压盾构隧道开挖地表沉降公式;(2)通过理论推导修正了地表沉降公式计算所需的断面收敛区域U'-V';(3)计算过程中,为简化计算,采用极坐标改进了倾斜地表和水平地表沉降公式;(4)浅埋偏压条件下,倾斜地层坡度α≥45°时,位移变化速率明显加快;此外,地表竖向位移最大值同开挖单元深度与沉降半径之比呈现出一种线性关系;(5)隧道轴线到斜坡表面的垂直距离d3.5R时,地表竖向位移变化也会加快,所以隧道修筑应尽量选择在d≥3.5R的位置;(6)该研究成果可为浅埋偏压隧道开挖的地表位移预测提供一种新途径,为地表位移控制提供技术支持。     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

超大直径盾构施工对邻近深基坑的影响分析

为研究盾构隧道侧穿邻近基坑过程中对基坑结构的影响,以三阳路越江隧道侧穿汉口风塔配套综合开发项目(二期)深基坑为依托,采用数值模拟方法,对盾构分别侧穿基坑开挖到底、地下室底板及负三层结构完成、地下室负二层施作结构完成及地下室结构施工至±0.0m建立三维模型,对比分析四种工况的管片及地连墙结构内力及位移规律。研究结果表明:工况1为最不利工况,拱顶沉降值、地表竖向位移值、管片弯矩值最大,而工况4对应数值最小,相对最安全;基坑内主体结构施作越完整,近隧道侧地连墙位移越小、盾构侧穿对基坑影响越小,管片最小曲率半径越大。研究成果可为隧道侧穿深基坑分析提供理论依据,也可为类似工程提供参考。     

基坑分块开挖对下卧盾构隧道的变形影响分析

为研究分块开挖基坑对下卧盾构隧道保护的有效性,以深圳市双界河路段某基坑工程为例,建立三维有限元模型,对比下卧盾构隧道竖向位移计算值与实测数据,在此基础上分析不同分块开挖方式对下卧隧道附加弯矩、内径变形的影响,并进一步研究分块开挖与坑底土体加固共同作用下隧道的变形规律。结果表明:在分块数量相同的情况下,横向分块的开挖效果要好于纵向分块开挖,且横向分块数量越多,对隧道竖向位移控制效果越好;隧道最大附加弯矩在拱顶处,隧道整体呈拱顶、拱底处伸长,拱腰处压缩的变形趋势;坑底加固土体可有效控制隧道竖向位移,在隧道变形控制较为严格的工程中,建议在开挖前对坑底土体进行加固。     

城市地铁区间隧道洞群开挖顺序优化分析

根据动态规划最优化原理,以地表沉降作为目标函数,建立城市地铁区间隧道洞群开挖顺序优化分析数学模型。针对深圳地铁大剧院站～科学馆站区间三连拱隧道工程,基于ANSYS软件平台进行隧道洞群开挖顺序的选优工作。计算初始位移场,根据假定和约束条件,进行隧道洞群分步开挖的自动排序,得出可能的顺序组合,以地表沉降值增量作为报酬函数,以累计的地表沉降量作为目标函数,对每个开挖阶段目标函数值进行比较分析,得到施工优化顺序。这种方法在选出了最优和次优路径的同时,从理论上证明了采用中洞法施工是科学的、合理的。     

盾构掘进对U形槽和桥梁桩基的影响分析

为研究双线隧道盾构掘进诱发地面U形槽和邻近桥梁桩基沉降的影响及控制措施,结合成都地铁4号线下穿复杂建筑群,对盾构掘进引起土体竖向变形的公式进行推导,采用Mohr-Coulomb建立隧道-地层-桥墩基础三维实体模型,模拟开挖过程中不同工况对地表U形槽沉降及邻近桩基水平位移和竖向位移的影响,并与理论公式推导结果进行对比。研究结果表明:盾构开挖引起的沉降主要由盾构正面推力、盾构机与周围土体之间摩擦力导致的土体竖向变形等构成,模拟计算得到的U形槽最大竖向位移为14 mm,公式计算得到的最大沉降为25 mm。桥桩基模拟计算和公式计算得到的最大沉降值分别为13 mm和21 mm。公式计算考虑的因素较模拟计算多,沉降值较模拟计算大,但趋势较为接近。     

小净距重叠盾构隧道下穿铁路线施工安全技术研究

为了解决小净距重叠隧道下穿准高速铁路的安全施工问题,采用数值计算的方法,对上下重叠隧道不同施工顺序引起的地层变形、管片结构位移和受力情况进行分析。结果表明,采用"先下后上"开挖方式时,地表沉降、隧道管片结构竖向位移及其弯矩均小于"先上后下"开挖方式。当采用"先下后上"盾构掘进时,上隧道引起的最大地表沉降为13. 934 mm;采用"先上后下"时,最大地表沉降为15. 516 mm(沉降控制值为10 mm)。对铁路线路、上下隧道间夹层土体和铁路路基软土进行加固后,地表沉降数值计算值为9. 525 mm,实际观测最大值为5. 9 mm(均在控制值范围内)。该研究结论为重叠隧道顺利下穿准高速铁路施工提供了关键技术支持。     

侧方基坑开挖对盾构隧道的影响研究

为了研究侧上方基坑放坡开挖对盾构隧道的影响,利用FLAC3D建立三维数值模型,模拟轨道交通侧方基坑开挖的施工全过程,从盾构管片内力及模型位移等角度分析基坑开挖对盾构隧道的影响,并将数值计算结果与现场观测数据进行对比。结果表明,随基坑开挖深度的不断增加,盾构管片及基坑边坡水平位移不断增大,当基坑开挖至坑底时,基坑中部位置处盾构管片变形最大,管片拱肩位置处水平位移最大(为5. 24 mm),拱顶最大竖向隆起为1. 01 mm,拱腰最小曲率半径达482 690 m,管片拱肩位置处存在压应力集中(最大压力为3. 58 MPa)。当基坑内部结构施工完成后,管片水平位移量减小。为减小基坑开挖对盾构隧道的影响,基坑开挖至坑底后应尽快施作内部结构,有利于控制盾构管片变形。     

天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律研究

重叠盾构隧道施工会对地层产生二次扰动,造成地表变形加剧。为研究其地表变形规律,依托天津地铁5号线宾馆西路—环湖西路区间和6号线环湖西路—宾馆西路区间隧道工程,采用FLAC3D对两种开挖顺序进行数值模拟,并对15个地表监测断面的实测数据进行分析,得到天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律。研究结果表明：(1)本工程中上部隧道推进土压力和静止土压力比值α的合理取值范围为2.0～2.4,下部隧道α宜取1.2～1.6;(2)对地表实测数据进行拟合,可近似认为Peck公式中的沉降参数k服从N～(0.981, 0.230)的分布;(3)不同开挖顺序地表沉降曲线的形状和宽度无变化,开挖顺序2的最大地表沉降增加0.8 mm;(4)“先下后上”的开挖顺序时,地表沉降槽宽度主要受下部隧道影响。     

基坑开挖对既有盾构隧道的影响研究

为分析基坑开挖对既有盾构隧道的影响,通过数值计算软件模拟盾构隧道施工过程,得到基坑开挖前盾构隧道的应力状态;并以此为基础,进行基坑开挖对盾构管片变形与应力影响的全过程研究。结果表明,双排桩支护方式下,基坑开挖至坑底时,区间隧道距坑底最近的拱肩位置处变形最大,以水平位移为主,最大达6. 77 mm;管片竖向隆起量较小,最大值为1. 31 mm,管片拱肩部位存在一定的应力集中,最大应力达3. 52 MPa;管片拱腰部位X向应力较小,最大值为0. 3 MPa。随基坑内部结构的施工,盾构管片变形逐渐减小。依据变形、应力等控制指标,对最不利条件下管片位移、应力及曲率半径等参数进行安全影响评估,认为该工程条件下,基坑开挖对区间隧道影响较小。     

基坑分段开挖下部盾构隧道纵向变形规律研究

为研究基坑分段开挖时下部盾构隧道的纵向变形规律,以某分段开挖基坑小角度斜跨盾构隧道工程为例,采用对比法和归纳法,通过数值模拟分析,得出基坑分段开挖时下部盾构隧道纵向变形规律.研究表明:(1)基坑分段越越短,其下部盾构隧道最大隆起位移值越小,隧道隆起范围越小;(2)开挖分段个数与隧道隆起位移峰值个数相同,分段越均匀,峰值...     

隔离桩桩径对基坑开挖引起既有地铁隧道位移的影响

以杭州市一深基坑工程为背景,采用ABAQUS有限元软件建立三维数值模型,分析隔离桩半径对既有地铁隧道位移的影响。研究结果表明:基坑开挖最终引起了隧道衬砌竖向位移约4 mm,水平位移约1 mm,与实测值相吻合;隧道衬砌位移最大值位于衬砌拱底,最小值位于衬砌拱顶,衬砌变形整体呈沉降的趋势;靠近基坑一侧隧道衬砌总位移比另一侧略大;隔离桩的半径越大,基坑开挖对既有地铁隧道的影响越小。     

软土地层小净距叠交盾构隧道施工方案研究

以无锡地铁3号线出入段隧道上穿地铁3号线长江路站—机场站区间隧道及既有电力隧道为工程背景,利用FLAC 3D 5. 0软件进行数值计算,对比分析不同施工顺序的地表沉降及隧道结构竖向变形。分析结果表明:先开挖下部长机区间隧道后开挖上部出入段隧道地表最大沉降为9. 33 mm,隧道结构最大竖向变形为23. 0 mm;先开挖上部出入段隧道后开挖下部长机区间隧道地表最大沉降为13. 10 mm,隧道结构最大竖向变形为33. 8 mm。建议采用先下后上的顺序施工,叠交段施工时应保持土仓压力稳定,严格控制同步注浆压力及注浆量,必要时可在下部隧道施工后设置临时支撑,并做好监控量测。     

隔离桩对隧道侧穿邻近建筑物的沉降影响分析

地铁隧道开挖会引起周边建构筑物的沉降及变形,影响建构筑物的安全与正常使用。基于某地铁新建盾构隧道侧穿邻近浅基建筑物工程,介绍了隔离桩的减沉机理,并通过三维数值模拟分析,研究了有隔离桩和无隔离桩两种工况下隧道周边土体的竖向沉降及水平位移分布情况。数值模拟结果表明:采用隔离桩能有效降低隧道周边土体的竖向沉降及水平位移;土体的沉降在隔离桩附近有突变,土体竖向沉降被限制在隔离桩内侧,但地表土体在隔离桩内侧附近有所增大;增加隔离桩能有效阻隔土体向隧道内的滑动趋势,保护隧道周边建构筑物的安全。     

青岛地铁明挖车站深基坑监测分析

以青岛地铁R3线嘉年华站基坑工程为背景,阐述基坑施工过程中的地表沉降、桩顶沉降、桩顶水平位移、地下水位变化等监测项目,结合车站复杂的地层条件和现场施工情况,对支护结构及周边环境的监测成果进行分析。实测表明:基坑开挖过程中,地表整体沉降变化比较平稳,随着开挖的进行,呈现出快速沉降的趋势,沉降累计变化量逐渐变大,开挖完成后再次趋于平稳;桩顶竖向位移在该种地质环境下基本表现为向上移动,随着支撑架设和主体结构施工的完善,桩顶竖向位移慢慢趋于稳定:桩顶水平位移变化平稳,累计变化量很小,说明基坑围护结构处于安全状态;在滨海地区基坑施工中,地下水位受潮汐和降水的影响较大,应做好地下水位监测预警与控制措施。     

小净距盾构隧道施工诱发邻近建筑物沉降分析

针对小净距穿越两栋建筑物的地铁盾构隧道施工引起地表沉降和两侧建筑物倾斜的问题，采用数值模拟方法分析盾构隧道施工对邻近建筑物及其桩基础的影响。结果表明：后行线（北线）开挖引起的隧道轴线上方地表沉降略小于先行线（南线），两者叠加形成的沉降槽呈偏W形；开挖面位置一定时，桩顶沉降大于水平位移，桩底沉降与水平位移接近；随着开挖面接近桩，桩顶沉降和桩底水平位移逐渐增大，在开挖面通过2倍洞径后桩底水平位移逐渐趋于稳定，在开挖面通过6倍洞径后桩顶沉降逐渐趋于稳定；随着开挖面接近桩，桩顶及桩底水平位移朝向隧道，桩中部则远离隧道。     

双线隧道盾构掘进对地表沉降影响的数值分析

研究目的:在双线隧道盾构掘进过程中,先开挖隧道地层变形会对后开挖隧道地层变形产生不可忽视的影响,导致双线隧道盾构掘进完成后地表沉降存在差异性。依托天津地铁某盾构区间隧道掘进工程,基于FLAC3D软件建立隧道掘进过程的有限元模型,从隧道开挖变形、地表沉降的角度分析先挖线路对后挖线路变形特征的影响,验证双线隧道盾构施工导致地表沉降的叠加效应。为保证盾构掘进过程中地表沉降不超标,通过数值模拟分析盾构土仓压力、同步注浆量和出渣量等因素对地表最大沉降量的影响,有效指导盾构隧道施工参数的选择,最后通过现场监测数据验证数值模拟结果的正确性。研究结论:(1)前序次开挖隧道对后序次开挖隧道的隧道拱顶沉降与地表沉降均存在叠加效应影响,后序次开挖隧道的拱顶沉降及地表沉降均略大于前序次隧道的对应沉降值;(2)数值模拟结果与现场实测结果的对比显示,实测地表沉降值相比数值模拟计算值分别高出5. 78 mm、4. 97 mm,隧道的管片沉降实测值与计算值误差均在5%以内,数值模拟计算误差均处于可控范围内,一定程度上验证了数值模拟结果的正确性;(3)本研究结论在城市地铁盾构(TBM)法施工领域,对地表沉降控制方面的机理研究和实践操作有较好的应用效果。     

两侧深基坑开挖对近邻地铁车站及隧道变形影响的优化分析

基坑周围环境的保护要求日趋严格,基坑工程近邻地铁车站和隧道的情况亦日益常见。为此,优化基坑开挖方案以控制车站和隧道的变形则至关重要。以天津市某与地铁车站贴建的深基坑工程为背景,采用考虑土体小应变硬化特性的有限元方法,结合3种不同开挖顺序的施工方案,分析两侧基坑开挖对既有车站和隧道变形的影响。计算结果表明,在控制车站和隧道变形方面,对称开挖的施工方案最优,合理制定两侧基坑开挖的顺序能有效控制车站和隧道的水平位移,但对隧道沉降的控制效果不明显;非对称开挖时,先施工小基坑优于先施工大基坑。     

盾构与浅埋暗挖隧道小间距并行施工技术研究

成都地铁5号线为满足车辆调度需求,在九兴大道站小里程端采用左线盾构隧道与右线大断面浅埋暗挖隧道的双线并行布设方案,双洞净距2.9m。本文以该超小净距隧道为背景,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降规律及夹层土体应力状况进行了分析。结果表明,无论何种开挖次序,先行隧道的开挖均会导致后行洞开挖引起的地表沉降曲线向先行洞偏移并有所增大;由于左线小断面盾构隧道施工扰动理论上较小,因此先施工右线大断面浅埋暗挖隧道后再进行左线盾构隧道的施工顺序更为合理;先浅埋暗挖后盾构隧道施工造成的地表沉降值在两洞中间区域略小于先盾构后浅埋暗挖隧道施工;双线隧道通过后地表沉降槽呈现出"U"形状态,盾构隧道的通过造成地表沉降影响范围增加了约1/4;双线开挖过程中中间土体在浅埋暗挖隧道一侧受施工的影响更为明显,应重点关注。