软土地层隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

以某典型软土地层中隧道侧穿桩基为例, 采用数值模拟方法开展了隧道开挖对不同位置处桩基的影响程度分析研究。 结果表明： 隧道开挖引起地表的竖向和水平位移显著影响的区域分别分布在距离隧道中心 0 ~ 3D 和 1D ~3D (D 为隧道外径) 范围内, 其沉降曲线与经验公式的一致性验证了数值模型的可靠性; 同时, 桩顶沉降受开挖影响的区域与地层显著沉降区基本一致; 随着桩基与隧道中心线的距离增大, 桩基的安全区范围逐渐增大而警戒区范围逐渐缩小; 对比桩身沉降和水平位移, 可考虑采用桩顶位移作为桩基变形的控制指标, 当盾构掘进通过桩基且与其净距达到 10L (L 为管片宽度) 左右时, 隧道开挖对桩基变形的影响最明显, 可为现场盾构施工中的变形控制提供参考。     

灌注桩施工对运营盾构隧道影响研究

以南京长江漫滩地层某道路暗桥全套管钢护筒灌注桩近接既有盾构隧道施工为工程背景,通过单桩及群桩施工期间既有盾构隧道变形现场的实测结果分析及回归分析表明:单桩施工工况下,全钢护筒施工方案相比半钢护筒施工方案,临近既有盾构隧道变形主要发生在钢护筒穿越密实砂层期间,5~15m净距工况下,变形总量增加2.6~4.3倍,影响半径扩大30%;群桩施工工况下,通过调整群桩成桩顺序实现遮挡隔离作用,可有效减少后续成桩对运营隧道的影响,隧道变形量平均降幅达35%。由此说明,穿越密实砂层的全钢护筒方案对既有盾构隧道影响较大,近接运营隧道施工方案须慎重论证,不穿越密实砂层的半钢护筒方案可作为既有盾构隧道结构保护的主动预防措施方案。     

超小净距双线隧道掘进对先建隧道的影响

南昌地铁2号线在赣江东岸某区间的上下行隧道存在超小净距段,超小净距对双线先后施工产生的影响目前还不清楚。通过3D实体弹塑性模型对两条隧道的超小净距段进行了数值仿真分析。结果表明:先建隧道衬砌水平方向中轴线上的总应力最大;新建隧道掘进对先建隧道的变形扰动存在滞后性,最大位移发生在开挖断面后方,同时开挖扰动存在最大限值;新建隧道掘进使得先建隧道衬砌在靠近开挖侧水平轴线以上部分变形最大、应力增量最大,呈现向开挖侧弯曲的现象;新建隧道掘进对先建隧道的内力扰动存在超前性,即开挖面前方某段距离内隧道的内力增量最大。     

盾构掘进速度对既有桩体切削变形规律的研究

盾构隧道施工在其推进过程中不可避免地要穿越地下桩,这是当前盾构隧道施工中的难点问题之一。为保证在隧道工程中盾构机切削地下桩基的施工安全和掘进效率,探究不同掘进参数下桩体的变形规律,采用PFC^3D颗粒流软件,模拟在不同掘进速度下盾构切削桩基的施工过程,分析和研究在不同掘进参数下桩体沿盾构掘进方向、垂直盾构掘进方向的桩体变形和桩顶竖向沉降的变化规律。并依托江苏省苏州市桐泾路北延隧道工程进行实证分析。研究结果表明：桩体的变形主要发生在桩体与盾构机上部相交的交点至该点往上的11倍桩径范围内。当盾构机推进速度不超过15 mm/min,刀盘转速不超过2.0 r/min时,桩体沿垂直盾构掘进方向的变形大于沿盾构掘进方向的变形;反之,当盾构机推进速度超过15 mm/min,刀盘转速超过2.0 r/min时,桩体沿垂直盾构掘进方向的变形小于沿盾构掘进方向的变形。因此,当盾构机分别切削桩长为20、40 m的桩底,或者切削桩长为40 m的桩身时,其推进速度不应超过10 mm/min,刀盘转速应不应超过1.0 r/min;当盾构机切削桩长为20 m桩身时,应控制其推进速度为1～5 mm/...     

盾构隧道施工对西安钟楼影响的数值模拟预测

隧道施工导致古建筑及周围地表沉降的预测和控制是国内隧道工程领域遇到的研究课题之一．建立的三维有限元模型模拟了西安地铁2号线钟楼段的盾构施工过程,模拟了无隔离桩、无接触隔离桩及有接触隔离桩3种情况下盾构掘进过程中地面点沉降、钟楼周围地表和钟楼台四角点沉降的动态变化规律．结果表明,盾构施工有限元模型可以很好的模拟盾构通过的各个阶段,计算结果与盾构掘进规律一致;有接触隔离桩模型较好地反映了隔离桩的实际工程作用,有效的隔断了桩内外的地表沉降,隔离桩内外地表沉降差达到14．1mm;接触隔离桩减小了盾构施工引起的钟楼四角点的沉隆及差鼻沉降．对钟楼缸到了很好的保护作用．     

电子数码雷管与掏槽眼分段装药延时爆破技术在小净距超大跨径隧道的应用

近年来，在我国高速发展的经济背景下，高速公路网线逐渐完善，但早期建设的高速公路由于交通量越来越大，因此越来越多的新建高速将双向八车道作为设计标准，“大跨径化”是隧道建设未来必然的趋势。大跨径小净距隧道在钻爆施工过程中，后行洞的爆破对先行洞的初支影响较大，如控制不好会造成严重的安全隐患。隧道后行洞开挖过程中，将电子数码雷管和掏槽眼分段装药延时爆破技术相结合，用于指导大跨径小净距隧道爆破参数设计。现场试验性爆破参数结果表明：电子数码雷管与掏槽眼分段装药延时爆破技术在与常规爆破技术同样爆破效率的前提下，降低了对先行洞初支约30%的振动影响。     

隧道下穿既有高架桥对桩基的影响

基于隧道下穿既有高架桥工程背景，为保证施工过程结构的安全性，隧道下穿部分桥梁进行桩基托换。通过建立三维数值模型研究了桩洞水平距离的影响。研究表明，托换桩基的承台的作用使得中心位置处的地表沉降值有所降低，而在远离中心位置处的地表出现沉降增加的现象。桩洞水平距离主要对托换桩基的水平变形和原有桩基竖向变形有显著影响，增大桩洞水平距离虽能减小托换桩基的水平变形。综合安全性和经济性，本工程的合理的桩洞距范围为1.0m～2.0m。隧道横断面方向的桥台差异沉降起控制作用，隧道施工时需加强监测，控制盾构掘进参数，控制出土量，保证桥梁结构安全。     

偏压小净距隧道开挖方式优化的研究

为研究不同开挖方式对偏压小净距隧道的影响。本研究以重庆杨家坪隧道工程为依托,运用Midas GTS NX软件对其建立有限元模型,研究偏压小净距隧道的不同开挖方式在中岩墙加固前后对围岩应力、拱顶沉降和仰拱隆起等方面的影响。研究结果表明:对小净距隧道的中岩墙进行注浆加固,提高了土体强度,避免了中岩墙错动。在小净距隧道中岩墙开挖的各种方法中,采用CD法开挖的水平位移、拱顶下沉和仰拱隆起均优于CRD法和环形开挖留核心土法的。采取CD法开挖偏压小净距隧道可有效减小后行洞开挖对先行洞的影响。     

基于回归分析的小径距隧道围岩稳定性研究

为了更好的掌握小径距隧道的变形特点,以某市某小径距隧道为工程背景,采用指数函数、对数函数、双曲线函数三种形式对监测数值进行拟合,分析隧道拱顶及净空位移趋势,得出最优拟合函数,研究结果表明:指数函数U=Ae(-B/T)的相关系数较高,通过指数函数可以很好地预测围岩的变形趋势;围岩的变形主要分为三个阶段,急剧变形阶段,缓和变形阶段,稳定阶段,左洞的拱顶下沉以及净空收敛量均大于右洞,小净距隧道后行洞开挖对先行洞产生了显著的影响,通过对三类典型断面的分析提出二次衬砌的合理支护时机,研究结果可为类似工程提供参考。     

交叉隧道不同接近度对既有隧道稳定性的影响研究

以隧道位移及衬砌应力增量为控制标准,通过建立不同净距的正交下穿数值模型,分析新建隧道不同净距(0.25D、0. 5D、0.75D、1.0D、1.25D)正交下穿施工对既有隧道的位移及应力增量变化,判断既有隧道结构的稳定性,结果表明:不同净距下穿过程中对既有隧道的影响范围基本一致,主要集中在新建隧道中线左右20m,最大竖向沉降随着净距的增大呈现先增大达峰值后减小的趋势,采用经典高斯曲线拟合得出经验沉降槽宽度系数;下穿施工过程中既有隧道的横向应力增量先为压应力增量,最终表现为压应力增量,纵向应力增量始终为压应力增量,随着两隧道净距的减小,拉压应力增量增大,通过拟合得出应力增量与隧道净距的变化关系,合理预测不同净距下既有隧道的应力变化。     

盾构重叠隧道施工力学行为分析

我国地铁建设的快速发展,就涉及地铁建设中上下重叠隧道的相关问题进行研究。利用三维有限元方法并结合广州某重叠盾构施工的地铁工程实例分析了下洞（左线）隧道受上洞（右线）开挖产生的影响范围、上洞盾构在不同推进力下对下洞位移、应力和应变产生的影响和下洞局部范围在有临时支护条件下随上洞开挖产生位移和内力变化。分析表明：下洞隧道结构受上洞盾构施工的影响表示形式为上洞盾构前方的下洞结构存在向下桡曲,而在后方则向上隆起,直至趋于一个定值,其中下洞盾构机的盾尾需在上洞盾构机盾头前方的50 m;上洞隧道在推进过程中,推进力是控制下洞结构变形的主要因素。此时,应严格控制上洞盾构隧道施工时盾构机推进力大小并仔细对下洞结构变形进行监测;对下洞隧道施作临时支撑可以有效减小位移和结构的受力特性;分析计算得出的结论对于盾构重叠隧道设计和施工有一定指导意义。     

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。     

复合地层下泥水盾构管片上浮规律及影响因素分析

针对在盾构隧道施工中经常出现的管片上浮问题,以南昌轨道交通4号线泥水盾构过江隧道为工程依托,通过数理统计方法对泥水盾构穿越不同地层时管片上浮量进行归纳分析,探讨地层参数以及盾构掘进参数对管片上浮的影响规律。研究结果表明:在全断面砂层中掘进,管片上浮量小且上浮值变化稳定;而当进入上软下硬地层和泥质粉砂岩层,管片上浮量急剧变化,尤其是在过江段中风化泥质粉砂岩中掘进,管片上浮量最大。考虑盾构掘进参数单因素影响,随着注浆压力、泥水压力和盾构推力的增大,管片上浮量均会出现增大,而掘进速度的变化对施工期间管片上浮影响较小。在掘进过程中需要结合地层特性对管片上浮影响并且对主要掘进参数进行实时调整,在一定程度上可以实现对管片上浮的有效控制。     

上方大面积加(卸)载引起盾构隧道的变形分析

盾构隧道上方大面积加载或卸载会引起隧道结构发生纵向变形,过大的沉降或隆起会使隧道结构发生裂缝或是环缝张开,导致渗漏水甚至破坏。把隧道结构等效为处于土层中的弹性地基梁,利用Boussinesq解计算加（卸）载在隧道下卧土层中产生的附加应力,基于Winkler模型计算隧道结构的变形。结合上海某地铁隧道上方大面积卸载后加载的工程实例,计算隧道结构的纵向变形,判断结构的安全性,并用有限元计算验证理论计算公式的正确性。     

大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术

为研究在地铁隧道掘进过程中,大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术,基于数值模拟、室内实验及实际工程分析的方法,通过数值模拟软件建立了盾构下穿高架桥各个阶段的计算模型,由室内实验得出了适用于大直径盾构的添加剂参数,并通过实际工程中盾构掘进情况的反馈,得出了适用于下穿高架桥梁的盾构掘进参数.最后通过监测点的布置、量测及分析,得出了盾构穿越引起结构变形分为4个阶段,可为类似条件下的盾构掘进控制安全管理提供参考.     

Back-analysis of the response of shield tunneling by 3D finite element method

This paper presents a numerical back-analysis of the response of a shield tunnel during construction. An important issue in the construction of shallow tunnels, especially in soft ground conditions, is the surface settlement caused by shield tunneling. The tunnel test system with 10 m length, 7 m width and 6.7 m height, which was completed in China in 2009, is a research shield tunnel system. Using shield tunneling technique known as earth pressure balance (EPB) and slurry shield method, it could be excavated in a region consisting of original soft soils, such as silty clay, and different types of underlain soft soils. Based on the test results, the real-life tunnel response can be analyzed by back-analysis technique. The back-analysis technique is adapted to the three-dimensional finite element method (FEM). Parameter analyses are calibrated to study the behavior of the multi-scale diameter tunnel under various conditions. The suggested multi-scale model results show a well agreement between the prediction and the measurement.     

盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制

为研究盾构下穿既有盾构隧道时施工参数的合理取值,以北京南水北调东干渠工程盾构隧道穿越既有地铁盾构隧道施工为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟和现场监测数据、盾构施工参数的分析,讨论了既有左右线隧道沉降存在差异的原因,总结了控制沉降的施工参数经验,阐述了既有隧道受穿越施工扰动的沉降规律,提出并验证了盾构隧道病害整治的方法.研究结果表明:受盾构施工参数的影响,既有左线隧道沉降23.9 mm,而右线仅沉降4.8 mm,沉降差异明显,但规律基本一致;盾构施工时,土仓压力调整级差不宜大于0.005 MPa,严格控制同步注浆压力在0.50 MPa,二次补浆压力在0.20~0.35 MPa,曲线段适当减缓掘进速度;已投入运营的地铁维修作业时间短,宜通过化学注浆治理管片接缝和螺栓孔处的渗漏水,压力注胶充填树脂治理道床裂缝.      

盾构隧道纵向地震响应分析

为了探讨盾构隧道的纵向地震响应特性，采用地层一隧道整体三维有限元模型，对武汉长江越江盾构隧道的地震响应进行了分析，主要研究了合理的盾构隧道力学模型、隧道与地层之间的相互作用以及隧道的振动特性．通过隧道与地层的整体分析，得到了盾构隧道位移和应力的分布及其随时间的变化曲线．计算结果表明：压缩波引起的纵向拉、压应力和剪切波引起的扭曲变形是隧道抗震设计的关键．     

地铁隧道近距离穿越桥桩关键施工技术

地铁隧道邻近结构物,施工难度大、风险高,是地铁施工中的技术难题.大连地铁1号线黑石礁车站风道与轻轨桥桩之间最近距离仅为1.9 m,隧道开挖对桥桩影响较大.施工期间,按照一定间距在风道与桥桩之间采用钢管隔离桩措施,在水平方向上起到了变形阻断作用,有效地保证了隧道近距离穿越桥桩施工的安全.     

邻近双线盾构隧道的深基坑施工分析

以上海某邻近双线盾构隧道的基坑工程为背景,运用有限元方法计算,模拟基坑开挖的不同阶段,分析了不同工况下基坑变形、受力及对盾构隧道的影响,并对不同施工方式进行了对比分析.分析结果表明：施工内部框架结构有利于控制盾构隧道上浮和受力;支撑的拆除对坑底及下方隧道的变形和受力影响较小.研究结论可为类似工程提供借鉴与参考.