隧道施工对框架结构及地表位移影响的数值分析

研究目的：隧道施工对邻近建筑物影响的现有研究方法通常首先计算地表位移，然后将地表位移施加于建筑物模型上，忽略了建筑物自重和刚度的影响。建立隧道从框架结构正下方穿越的三维有限元模型，分析地表在隧道开挖和既有框架结构共同作用下的位移变化规律，分析隧道施工对梁、柱和桩体位移及受力的影响，为隧道下穿既有框架建筑物的设计和施工提供参考意见。研究结论：框架结构的自重会显著增大地表沉降值及其范围，其刚度会显著限制地表侧向位移；隧道施工对框架结构的竖向位移影响较大，对其侧向变形影响较小；中梁弯矩变化较小，边梁的的最大负弯矩有较大幅度的增加。中柱的轴向压力降低，边柱的轴向压力增加。在实际工程中，应加强对边梁弯矩和边柱轴力的监控．     

填海区地铁盾构隧道下穿公路施工地层沉降规律的数值模拟

以深圳地铁2号线盾构隧道下穿填海区滨海大道公路为背景,利用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,研究在隧道施工扰动下,地表的横向沉降和纵向沉降、地层的水平位移和分层沉降的变形规律.仿真计算结果表明:在隧道横断面方向上地表沉降近似呈正态分布,在纵断面方向上地表沉降槽宽度约为15.0 m;距隧道开挖面越近,地层水平位移受车辆荷载和隧道开挖扰动越大;在车辆荷载作用区域,地表沉降和地层水平位移均大于非车辆荷载作用区域,地层的分层沉降和沉降槽宽度均随着地层埋深增加而减小,地层的上部沉降普遍大于下部;在非车辆荷载作用区域,隧道中心线上方的土体沉降随着地层埋深的增加而增加.     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

不同埋深下近距交叠隧道施工地表变形研究

为研究不同埋深下近距交叠隧道施工引起的地表变形交互影响效应,以青岛地铁2号线枣山-李村站与3号线万年泉-李村站相互交叠区间隧道为工程原型。通过FLAC3D动态模拟和分析不同埋深下地表变形规律可知:不同埋深下地表变形趋势不同,埋深越大,受下穿施工影响越小,纵向变形逐渐由双峰沉降曲面向单峰沉降过渡;不同埋深下变形区域不同,埋深越大,变形区域逐渐由交叠隧道沿线向交叠区域中心发展;当埋深超过30 m时,下穿施工对地表影响较小;同时,提出不同埋深下地表沉降变形趋势经验公式。并结合工程应用验证上述分析的可靠性及适用性。     

既有埋地管道对盾构隧道周围地层沉降的影响分析

运用FLAC3D有限差分分析软件,从地层横、纵向沉降2个方面分析既有埋地管道对盾构隧道周围地层位移场的影响.结果表明:既有埋地管道对隧道周围地层的位移场有着较明显的影响;既有埋地管道上方地表与地层的横、纵向沉降量均明显小于无埋地管道的情形,地层越靠近既有埋地管道,地层位移场受到的干扰影响越大;既有埋地管道明显阻碍了地层纵向沉降曲线按累积概率曲线形式发展,致使隧道开挖面与既有埋地管道之间的地层沉降曲线出现堆积现象,而且屏蔽了既有埋地管道另一侧地层沉降的发展.     

低岩跨比软岩地铁隧道上覆管线变形规律

为科学预测低岩跨比条件下软岩地铁隧道开挖后上覆岩土层及其管线的变形规律，针对隧道上覆岩层与土层客观移动规律的差异，考虑开挖时隧道围岩的施工扰动，构建低岩跨比隧道上覆岩土层的“类双曲”移动模型，据此提出地表沉降槽宽度的计算式，并基于Hoek-Brown强度准则给出隧道上覆地层损失率的确定方法，在此基础上运用弹性地基梁理论分析隧道上覆管线的变形规律。以南宁某上覆排水管、天然气管和给水管3种不同材质管线的地铁区间隧道工程为例进行验证。结果表明：地表沉降槽宽度随上覆岩层厚度增加而减小，随上覆土层厚度增加而增大；管线竖向挠曲位移、转角、弯矩及剪力与扰动程度正相关；管线转角、弯矩及剪力随其埋深和管隧夹角增加而增大，但竖向挠曲位移却随管隧夹角增加而减小；各管线沉降区域均主要集中于距隧道中轴线12 m范围内，竖向挠曲位移理论计算与现场监测结果误差均小于10%，且对天然气管和给水管的预测精度更高。     

考虑水-土耦合的盾构隧道地表沉降试验研究

考虑水-土耦合情况,进行不同隧道埋深、支护压力和掘进速度条件下盾构隧道施工致地表沉降的大型三维物理模型试验,总结不同条件下的地表沉降规律,分析孔隙水压力和围岩压力的变化特性,归纳不同条件下的地表沉降曲线;探讨隧道埋深、支护压力和掘进速度以及孔隙水压力对地表沉降值的影响,推导地表横断面沉降槽计算的经验公式,并将研究成果应用于北京地铁10号线部分区间的地表沉降预测.结果表明:随着隧道埋深增加,地表沉降值减小,地表横向沉降槽影响范围加宽;沉降值随支护超压比增加而增大;掘进速度变化对地表沉降的影响程度较小;施工扰动围岩及孔隙水压力消敞对地表沉降值有较大影响;基于物理模型试验的经验公式预测值与FLAC~(3D)数值模拟预测值、现场实测值均较为吻合.     

浅埋小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨

运用ANSYS有限元程序,研究浅埋偏压小净距隧道在不同的偏压角度、间距、埋深条件下,先开挖深埋侧和先开挖浅埋侧2种不同的开挖顺序下的受力和变形特性,对比分析了围岩最大拉应力、围岩洞周最大位移、中岩柱水平位移和竖向应力。研究结果表明：随着角度的增加,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧隧道及中岩柱更加安全;当间距小于0．5倍洞径时,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧安全;当间距大于0．75倍洞径时,先开挖浅埋侧对于隧道受力更加有利;当埋深在1倍洞径以下,先开挖深埋侧隧道整体稳定性及受力更加安全,当埋深大于1．5倍洞径时,先开挖浅埋侧隧道受力更加安全。     

新建两并行盾构隧道下穿高铁隧道模型试验研究

为研究新建盾构隧道下穿施工对既有高铁隧道的不良影响，采用离心模型试验模拟两并行盾构隧道下穿高铁隧道开挖施工。研究了两并行盾构隧道下穿施工时既有高铁隧道结构内力、拱顶变形、拱底变形和地面沉降的变化规律，同时考虑高铁隧道沉降缝对其结构的影响。模拟研究表明：后行盾构隧道开挖引起的不利影响小于先行盾构隧道开挖引起的不利影响；对于无沉降缝的既有隧道，仰拱和拱顶纵向沉降分别呈U形和反U形；考虑沉降缝时，既有隧道拱顶、地面沉降值增加了100%以上，既有隧道最大纵向弯曲应变、剪应力减小了60%;沉降缝的存在不会改变高铁隧道的横向弯曲应变和变形趋势，但是在数值上会有所降低。     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

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。     

新建铁路隧道下穿既有铁路施工引起的地表沉降控制标准研究

新建铁路隧道下穿既有铁路施工时引起地表沉降,这时对既有铁路运营安全的影响主要受控于轨道的前后高低差.采用ANSYS二维有限元方法,对新建铁路隧道下穿既有铁路工程建立数学模型,模拟计算不同最大等效应力、地质条件、隧道埋深、隧道结构形式等96种工况下的地表沉降量.并利用Peck公式回归分析得到96种工况下的沉降槽宽度系数.对模拟结果和回归结果进行数据分析,推导出沉降槽宽度系数与隧道埋深的关系式,以及地表最大沉降最与地层弹性模量、最大等效应力、隧道埋深的关系式.在此基础上,根据地表沉降曲线的正态分布规律、沉降槽宽度系数的数学意义和轨道的前后高低差管理值,推导得到新建铁路隧道下穿各等级既有铁路时的地表沉降控制标准.     

不同工况下横通道开挖对隧道结构影响分析

基于FLAC 3D软件建立摩擦土层及黏性土层等多种工况下的三维数值模型。从主线隧道中心线上方土体位移、地表沉降及主线隧道衬砌内力等方面,研究分析了横通道开挖对隧道结构的影响作用。主要研究结论为:(1)在不同的隧道间距、隧道埋深及地质条件下,横通道开挖对主线隧道上方位移、地表沉降及隧道衬砌受力分布的影响也不尽相同;(2)随着横通道向前掘进,横通道中心线上方垂向位移及地表沉降呈现逐步增加趋势,对横通道中心线上方的影响更为显著;(3)随着横通道的开挖,先行隧道拱顶处的衬砌弯矩、边墙处的衬砌轴力呈增加趋势,后行隧道拱顶、边墙处的衬砌弯矩以及边墙处的衬砌轴力在横通道开挖结束的几个计算步时均呈增加趋势。     

基于改进GAP模型盾构隧道开挖诱发地表沉降规律研究

基于Rowe提出的GAP模型,考虑管片背后注浆对隧道开挖收敛模式的影响,对该模型进行了改进,通过自行编写Fish语言在FLAC2D软件中实现了该模型。利用改进后的模型研究了盾构隧道开挖引起地表沉降规律。结果表明:当隧道埋深较浅时,沉降槽窄而深,反之,沉降槽宽而浅;当隧道埋深小于临界值时,隧道埋深和地表最大沉降值近似线形关系;当隧道埋深大于临界值时,逐渐变成平缓的曲线;随着埋深的增加,地表沉降坡度逐渐减小,最终趋于零。评价隧道开挖对临近建筑物影响时,采用地表最大沉降值和沉降曲率两个参数作为控制标准更为合理。     

浅埋偏压隧道下穿自然保护区施工方案研究

隧道下穿自然保护区常因施工不当导致地下水环境失衡或地表沉降,会给自然保护区内的古树带来毁灭性的打击。因此,研究一种隧道下穿自然保护区低扰动施工技术方案迫在眉睫。以老土地隧道下穿翠云廊古柏自然保护区为工程背景,通过信息化施工,在施工过程中采用实时监测,数据分析和反馈,不断修正爆破参数、循环进尺和台阶长度等措施,最终形成一套系统完整的隧道下穿自然保护区综合施工方案。研究结果表明,通过对钻爆参数的不断修正,取得了最优爆破效果;采用以结构自身防水为主,辅以“防水板+土工布+止水带”的防水控制措施取得显著效果,可确保保护区地下水环境的稳定。现场地表沉降监测表明,随着隧道埋深的增加,隧道开挖对地表的扰动越小;隧道埋深越浅,地表沉降历程曲线越陡。隧道埋深32 m时地表沉降2.89 mm,埋深48 m时地表沉降2.48 mm,均满足工程要求。     

地铁施工引起的地表沉降规律研究

以地表监测数据为基础，统计了台阶法施工引起的地表沉降规律．分析了隧道覆土厚度（埋深）对地表沉降的影响，拟合了地表沉降随埋深变化的表达式，并根据上述研究提出了区间隧道施工中一些应该注意的事项。     

既有隧道两侧新建明、暗洞结构开挖力学行为对比及开挖顺序研究

隧道近接问题一直以来都是隧道工程界研究的热门话题,合理确定近接问题研究流程,准确分析近接施工力学行为及施工顺序,对近接施工实际问题的解决有重要意义。为研究近接施工问题,以浦梅铁路既有隧道两侧新建近接隧道工程为依托,建立两种计算模型,对比分析不同结构物近接形式下围岩应力以及既有结构位移的变化情况。计算结果表明:明洞结构物开挖带来的影响大于暗洞结构物开挖带来的影响,浅埋侧土体围岩应力敏感性远大于深埋侧土体围岩应力敏感性。对于浅埋偏压隧道两侧新建隧道,开挖会使既有结构产生向开挖侧位移变形,但最终既有结构会产生向浅埋侧位移;浅埋偏压-两侧暗洞结构形式采用先开挖深埋侧隧道再开挖浅埋侧隧道,浅埋偏压-明暗结合结构形式采用先开挖浅埋侧明洞再开挖深埋侧隧道。     

EPB/TBM双模盾构穿越既有敏感建筑物桩基的影响研究

隧道施工会引起地层偏移，从而对临近构建筑物产生不利影响。以福州滨海快线首占站-莲花山站区间岱岭隧道为研究对象，利用有限元软件建立三维数值模型，分析了临近既有建筑物的EPB/TBM双模盾构施工对桩基的影响；进一步系统探讨了桩基刚度、隧道埋深、双隧道掘进次序的影响规律。研究表明：桩基刚度越大，隧道开挖引起的邻近桩基弯矩响应就越大；邻近桩基的弯矩响应随着隧道纵轴所处的深度的增加而减小；双隧道不同开挖次序对邻近建筑物桩基影响可忽略。     

左右线盾构超越施工影响下的土体变形规律研究

以武汉地铁3号线区间隧道工程为背景,针对右线盾构超越左线盾构施工这一工程实际,通过数值模拟与现场监测相结合的方法,研究施工过程中地表横向、纵向沉降变化以及深层土体的横向水平位移变化。研究结果表明:地表沉降与沉降槽宽度在右线盾构通过后明显增大;纵向地表在右线盾构通过前先小幅沉降,右线盾构通过后迅速沉降,当右线盾构离开监测断面40 m后沉降趋于稳定;不同深度土体的横向水平位移也不相同,最大位移发生在隧道埋深一半左右。因此,盾构超越施工对先建隧道的影响非常明显。     

小净距三孔并行隧道施工对地层土体的影响分析

为研究小净距三孔隧道施工性态,建立考虑地层-隧道互作用的三维有限元模型,分析了施工顺序及施工工法对地表沉降、拱顶及拱腰应力、衬砌应力的影响。结果表明:同一隧道开挖引起地表沉降量正上方大于侧上方,不同跨度隧道开挖引起的地表沉降量大跨度大于小跨度;先中隧后边隧施工地表沉降槽形状为"V"形,先边隧后中隧施工地表沉降槽形状由"W"形逐渐转变为"V"形;中隧道拱顶处竖向应力在掌子面到达前增大,到达后减小,拱腰处水平应力,掌子面到达前减小,到达后增加;衬砌等效应力最大值出现在中隧道第一步衬砌顶部,随开挖步的增加先快速增大,然后缓慢增大,最后趋于稳定。所得结论可为类似工程的设计与施工提供参考。