盾构隧道管片力学模型的一种修正方法

为更准确的分析盾构隧道管片的变形特性,对常用的惯用法模型进行修正。并基于修正模型推导管片的位移解析解。结合哈尔滨地铁1#线工程资料,基于修正模型计算管片位移的数值解和解析解,同时计算基于惯用法模型的位移数值解,并将特殊位置处的位移进行对比分析。结果表明,对惯用法模型的修正是合理的,基于修正模型求得的位移解析解是正确的。     

盾构施工穿越PBA工法车站站台层的数值模拟研究

以北京地铁马连洼车站为工程背景,采用ANSYS软件模拟盾构穿越PBA工法车站的施工过程,通过数值计算结果分析,研究盾构施工隧道穿越PBA车站时地表沉降、车站结构应力变化规律,可得下列结论：盾构在扣拱后的导洞下部掘进时对地表的沉降影响很小;盾构隧道掘进对上部导洞初支结构内力影响非常小;站厅层施工对盾构施工隧道影响较小,后续施工对管片轴力的影响要大于对管片弯矩的影响.计算结果表明：在条件受限时,采用先隧后站的施工方法既可以缩短工期,同时也能保证结构的安全.     

盾构隧道穿越河堤引发异常沉降原因分析及治理

依托长沙地铁2号线区间穿越龙王港河堤地表沉降过大的工程案例,分析了沉降发生的原因及相应采取的工程治理措施。为研究治理方案的实际效果,采用有限元软件Plaxis对地层加固前后区间隧道穿越施工工况进行模拟,对周边土体位移、地表沉降、盾构管片弯矩的数值进行对比分析。结果表明:通过注浆加固提高盾构隧道覆土范围土体工程力学性能后,可以有效减低整个地层的位移及盾构管片弯矩数值。监测数值表明,对河堤进行注浆加固可以有效地防止地表过大沉降。     

地铁盾构双线隧道施工地层变形及衬砌结构应力数值分析

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用FLAC3D建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以"椭圆化"变形为主,兼有断面收缩变形.     

盾构隧道管片衬砌内力计算

介绍了盾构隧道管片衬砌内力计算的方法。自由变形圆环法作为盾构隧道管片衬砌设计的传统方法，其计算结果虽安全但偏于保守。针对一工程实例．分别用自由变形圆环法和弹性地基梁法、弹性铰法进行了内力计算，并将后两种方法的结果与自由变形圆环法的结果进行了比较．得出了一些有助于盾构隧道衬砌设计的建议。     

地铁盾构结构设计方法探讨

介绍了管片结构内力的理论,并采用相关有限元软件,通过北京某地铁盾构隧道的工程实例计算,给出了相应的轴力图和弯矩图,以此比较修正惯用法和梁-弹簧法在管片结构设计时的区别.而且,根据管片内力,分析两种最不利组合,验证了梁-弹簧法的合理性,指出梁-弹簧法更加适合于地铁盾构设计.最后,提出了地铁盾构隧道的设计建议以及管片裂缝控...     

盾构隧道地表沉降预估的ANSYS方法研究

盾构掘进法开挖隧道引起的地表沉降对地面建筑物影响在地下工程施工中越来越受到人们的关注,而这个问题的关键是要对地表沉降进行预估。利用ANSYS软件,建立二维有限元模型,对地表沉降进行了模拟,并将模拟结果与Peck经验公式法所得结果进行了比较,论证了ANSYS方法的适用性,以期对盾构隧道的地表沉降预估有一定的借鉴意义。     

地铁区间小净距上叠风道施工力学效应研究

依托重庆轨道交通四号线某区间小净距隧道小净距上叠风道施工过程,利用平面弹性复变函数理论将二维连通地铁小净距双洞隧道近似等效为一个椭圆单洞隧道,求解围岩压力;将计算结果与二维数值模拟进行对比,分析证明等效计算模型实际可行;建立三维施工数值模型计算风道施工力学效应。通过三维模拟,分别找到在施工过程中应力和位移的4个控制点并分析。结果表明:风道的开挖施工对被风道、区间隧道和风井三向类包围的岩土体有显著影响;推导的二维简化计算模型可用于类似连通小净距隧道的简化计算,尤其小净距隧道的联络通道段;对风道开挖的三维模拟结果可用于指导同类型风道上叠工程。     

黄土地区地铁施工地层参数敏感性分析

针对黄土地区某地铁区间隧道盾构施工引起地层沉降位移,通过FLAC3D三维有限差分软件,模拟了实际地层条件及盾构施工方法,分析了地层的弹性模量、黏聚力、摩擦角对地表沉降的影响。研究得到了黄土地层弹性模量、黏聚力、摩擦角对数值仿真运算的影响范围,对工程的设计和施工起到了一定的指导意义。     

基坑开挖对盾构隧道影响的三维数值分析

当开挖基坑位于隧道附近，由于基坑开挖导致影响范围内的土体应力释放，打破了土体原有的应力平衡，致使基坑底部隆起，进而使基坑开挖范围内的土体发生位移，从而带动周围隧道产生移动。以武汉地铁7号线北延工程天阳路站至腾龙大道站区间风井基坑为例，采用三维有限元数值模拟的方法，模拟了基坑开挖引起的盾构隧道变形和内力的变化，分析得出了采取分段分区施工方案能够明显改善基坑开挖引起的盾构管片的水平、竖向位移以及内力变化，结合现场实际穿越过程中的监测数据，与数值模拟结果基本一致，说明施工方案合理可行。     

地铁隧道盾构施工对既有博物馆桩基影响的数值分析

确保临近既有建筑物安全是新建隧道施工的关键问题之一.针对广州地铁十八号线琶洲西区站—冼村站区间双线盾构隧道下穿既有博物馆建筑的情况,基于合理假定条件,采用数值分析方法模拟计算了新建隧道施工过程中盾构掘进对邻近建筑物桩基的影响.数值分析结果表明:随着盾构掘进,桩顶竖向位移的变化表现为先缓后急再缓,当桩基正下方的管片进行拼...     

成都地铁4号线下穿铁路桥三维数值模拟分析

成都地铁4号线二期工程万年场站~东三环站区间为双线盾构隧道,区间盾构隧道下穿包括无砟轨道、有砟轨道及桩基础形式铁路桥的铁路群。以数值模拟为手段,采用Flac3D软件,建立盾构下穿铁路桥的三维有限差分模型,对盾构掘进中造成的地表沉降、周围土体变形及铁路桥墩的沉降变化进行了分析,评价了上部铁路桥的安全性,并提出了相应的安全控制措施。基于土体加固措施,对加固与不加固工况进行了对比分析。结果表明:铁路桥与盾构隧道间土体加固后,桩基最大水平位移和竖向沉降分别减少了58%和79%,桥墩沉降满足安全控制标准,盾构施工对铁路桥运营的影响在安全范围内。     

基于相互积分的应力强度因子数值分析

应力强度因子可反映裂纹尖端弹性应力场的强弱,是解决结构疲劳断裂问题的重要参数。工程上常采用有限元分析软件对各种复杂裂纹体进行数值模拟进而求解断裂问题。有限元分析软件ANSYS提供后处理功能可直接计算各种断裂参数。借助ANASYS计算平台,分别采用传统的位移插值法和基于相互积分的数值方法可求得张开型二维及三维裂纹应力强度因子。将数值分析结果与二维裂纹的解析解和三维裂纹扩展实验的测量结果进行对比分析后发现,基于相互积分理论求得的应力强度因子更为精确,这种优势在三维裂纹数值分析中更为显著。     

砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定.      

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.      

砂卵石地层盾构隧道地表最大沉降量预测

为了精准预算地表最大沉降量,对成都地铁17号线白机区间地表沉降监测数据进行回归分析得到沉降槽宽度i,分析了隧道埋深H与i的相关关系;提出了有效注浆率n2参数,修订了单位地层损失体积V的计算式;提出了用已知盾构刀盘半径、管片外径、总注浆率、出渣量、注浆量、渣土松散系数和隧道埋深等现场数据计算地表最大沉降量Smax的公式,并在成都地铁17号线机终区间进行了验算.研究表明:当隧道埋深H = 10～19 m时,H与i的关系符合Allometricl模型;实例验算证明所提出的地表最大沉降量计算公式的计算结果更精确.     

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

实际工程中，盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位，针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征，提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型，然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载，获取隧道最不利区域边界力，最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上，分析纵向接头细部构造受力特征；并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论. 研究结果表明:地震波横向激励时，盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主，而纵向激励时，则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主；在纵向张开量最大的局部区域，不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况，该局部区域都处于受拉状态，两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响；当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时，最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位，最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.      

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.     

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

盾构隧道抗震分析近似解析解及其应用

为简化深埋地下结构的抗震分析,基于连续介质福季耶娃法,给出了求解P波和S波共同作用下盾构隧道的近似解析解求解方法,并与福季耶娃法数值解的计算结果进行了比较.结果表明,2种方法获得的内力——弯距和轴力的分布规律基本相同,说明近似解析解可以用于深埋盾构隧道抗震分析,且能大大减小数值计算的复杂性和工作量.