盾构施工的地表变形与控制

在采用盾构法进行隧道施工时 ,一般会引起隧道上方地表的变形。在施工时 ,这种现象在含水的松软土层或其他不稳定地层中表现尤为显著。地表变形的程度 ,一般与隧道的埋深和其所处的地质土层状况有很大关系 ,隧道直径、盾构施工方法、地面建筑物的基础形式等因素对地表变形有一定的影响 ,在隧道衬砌脱离盾尾后也会产生一些沉降变形     

不规则基坑开挖导致紧邻地铁隧道附加应力的计算

对于城市运营地铁线上方新建建筑物的工程,基坑开挖导致隧道受到卸载附加应力,严重的将影响隧道的安全。基于Mindlin解,借助Mathematica数学软件,首先计算矩形基坑坑底竖直卸载和坑壁水平卸载引起紧邻地铁隧道的附加应力值,进而分析隧道走向、隧道-基坑夹角、基坑开挖深度对隧道附加应力场的影响规律;最后以运营重庆地铁一号线七星岗地铁车站上方开挖罗宾森广场基坑为工程背景,计算了不规则形状基坑开挖作用下地铁隧道轴线上附加应力分布。本研究成果是进一步研究不规则形状基坑开挖导致隧道结构内力和变形的基础。     

隧道群上方土体开挖对隧道竖向变形影响分析

地铁上方土体大面积开挖时,因为卸荷作用,土体会发生隆起,同时土体下方的隧道也会伴随出现变形,变形过大将会影响列车的安全运行。如何控制开挖土体引起的隧道竖向变形是一个非常重要的问题。以杭州某河道开挖工程为研究对象,运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,建立三维模型,分析隧道上方土体开挖顺序对隧道的竖向变形影响。分析结果表明:隧道群上方土体开挖应优先开挖埋深较浅隧道上方的土体,同时尽可能保证开挖区域的对称性,以减小隧道不均匀变形。本文的研究结果可为今后的类似工程提供借鉴。     

已建区间隧道上方堆载、卸载影响分析

主要研究了在已建成区间隧道上方实施堆载、卸载的可行性以及上部覆土最大增加量或减少量,结合历下广场站至绸带公园站区间具体案例,针对面临的风险进行了有限元建模受力分析,提出了相应的保护措施,避免隧道结构产生过大变形出现病害。     

河道开挖对邻近既有隧道变形影响分析

河道开挖工程施工会导致邻近的既有地铁隧道变形,在一定程度上还会对轨道交通线路的结构和运营安全产生影响。因此,如何控制土体开挖卸载过程中地铁隧道的上浮和变形是各方关注的重点。围绕河道开挖对下方既有区间隧道变形的影响展开研究,采用MIDAS有限元数值分析方法进行数值模拟,动态分析了不同开挖过程对下方隧道结构变形的影响及产生原因,有助于动态监控后期施工。结果表明:实时监测结果与计算数值二者变形特征基本一致,变化规律基本相同,河道开挖引起的隧道水平变形最大值为+1.92mm,竖向变形最大值为+4.03mm,均小于安全控制指标值,有效保证了区间隧道运营和结构安全。     

上方开挖卸荷作用下地铁隧道的实测数据分析

在已有隧道上方进行基坑开挖,下方隧道的变形是基坑施工控制的关键。采用实测分析的方法,详细介绍了在已建盾构隧道上方进行基坑开挖的工程中,下卧隧道的变形控制措施,即在基坑开挖前进行搅拌桩加固、设置抗拔桩并在隧道内设置"米"字型支撑,通过实测数据分析研究了上方基坑开挖过程中下卧隧道的变形规律。得到如下结论 :搅拌桩加固过程中,隧道发生轻微的下沉变形,而基坑开挖则会导致隧道整体抬升与横截面收敛变形;搅拌桩加固与抗拔桩能有效控制施工过程中的隧道隆起变形,而隧道内的"米"字型加固则能有效减小隧道的收敛变形,搅拌桩施工引起隧道发生"横鸭蛋"式收敛变形,而后续的基坑开挖则对隧道的收敛变形影响不大。     

混合应力状态下隧道混凝土的剪切性能

邻近现有隧道或车站的地下工程开挖可能会引起挖掘扰动区域的应力卸载和剪切变形。然而,此类混合应力状态对隧道混凝土剪切破坏和变形特征的影响尚不明确。为了研究此类混合应力状态对剪切性能的影响,设计了隧道混凝土试件在混合应力状态下的直剪试验。此类混合应力状态的实现包括3个主要步骤:①加载法向应力到初始法向应力(INS);②加载剪向应力到初始剪向应力(ISS);③卸载法向应力并同时再次加载剪向应力直至发生破坏。试验中考虑了INS和ISS的不同组合。结果表明:该混合应力状态对隧道混凝土试件的剪切破坏和变形特征具有显著影响;随着INS的升高,步骤③中的剪向位移(V_u)减小,法向位移(U_u)增大,而随着ISS的升高,V_u下降,U_u仅略微波动;在步骤③中,较大的卸载量(m_u)并不总会产生较大的位移;在当前测试条件下,混合应力状态导致破坏剪向应力的增大和卸载量(m_u)的减少。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

新建上跨公路隧道对既有下方铁路隧道结构安全影响分析

新建隧道大角度上跨施工易对下方既有隧道结构造成不利影响,为了确保既有隧道运营安全,需对新建隧道上跨后的既有隧道结构安全性进行评价。依托重庆至黔江铁路徐家堡隧道工程,借助有限元软件MIDAS分别构建地层结构模型和荷载结构模型,对新建隧道上跨修建后既有隧道围岩变形、结构受力及安全系数进行系统分析。研究结果表明：由于上方土体大量卸荷,下方既有隧道整体发生隆起变形,最大变形位于仰拱处,增量为1.173 mm,现场沉降监测验证了数值计算的合理性。新建隧道的施工破坏了既有隧道的承载拱效应,导致结构受力增加,但均小于安全限值;荷载结构法表明,公路隧道修建前后下方铁路隧道结构最小安全系数分别为7.05、4.73,说明公路隧道的修建对铁路隧道有一定影响,但仍在安全可控范围内。     

隧道施工引起的松砂土层与地表结构响应

通过4组离心试验，模拟相对深度(埋深-直径比)分别为1.3和2.0的隧道在砂质土层中施工，分析了土层与地表建筑的位移与变形规律；通过抽取模型隧道内部的液体模拟隧道施工导致的土层体积损失，并设计了2层铝制框架结构模型，利用粒子图像测速技术测量了隧道施工引起的土层与结构移动数据，分析了地表与建筑筏板基础的水平与垂直位移、深部土层的移动与剪切变形、框架结构剪切变形与分类，以及结构剪切变形的修正系数与相对抗剪刚度。研究结果表明：隧道相对深度从1.3增加到2.0时地表沉降槽宽度从3.4 m增加到5.6 m,地表建筑的最大沉降从32.3 mm增加到49.5 mm,但变形程度有所降低；隧道施工影响下地表框架结构的变形主要表现为剪切变形，弯曲变形所占比重可以忽略不计；隧道施工引起松砂土层发生收缩变形，导致地表土层体积损失率始终大于隧道体积损失率，且隧道越深，差异越大；较浅隧道试验中建筑筏板基础与土层间存在较大间隙(27 mm),而较深隧道间隙几乎为0,从而增大了建筑筏板基础对地表土体水平移动的约束范围；建筑的剪切变形修正系数随隧道体积损失率的增加逐渐降低，且浅隧道的变化速率更大；2种隧道相对深度的建筑...     

浅埋暗挖隧道施工影响下桩基沉降量与承载力损失的关系

基于Bobet等提出的无水地层浅埋圆形隧道施工地层内应力状态解析解,通过非耦合方法建立了浅埋隧道施工影响下桩基沉降量与承载力损失之间的关系．分别以荷载传递法与弹性力学法求出桩体弹性压缩量与桩端土体压缩量,从而得到隧道施工影响下桩基承载力损失与桩基沉降量之间的关系,证明了在实际工程中通过减少桩基沉降来实现桩基承载力损失控制的正确性,为今后类似工程实现风险定量控制提供了理论依据．     

Assessing a soft twin tunneling numerical model using field data

Using a five-floor building affected by the Yangtze River highway tunnels in Wuhan as the engineering background, we have constructed a free-field model and a coupled model to study the soil, lining, foundations and upper structure, and analyze the rules of movements of building foundation and ground induced by single tunnel and twin tunnel excavation with the Finite Element Analysis method. It is shown that for the coupled model, the longitudinal displacement of each foundation increases slowly when the tunnel face gets close to the foundation section and then increases fast when the tunnel face moves away from the foundation during the single and twin tunneling. For a single tunnel, the surface settlements are overestimated by the free-field and coupled tunnel. This might be crucial in urban areas. Regarding the maximum settlements and the width of the settlement trough, the difference between the free-field model and the coupled model is quite obvious. This comparison with the field measurement value reveals that the coupled model seems to be superior to the free-field model. These results are of instructive significance for design and excavation.     

弹性地基板的动态刚度矩阵迭代法

本文针对目前计算弹性地基板采用vVinkjer地基模型计算中存在的问题,即不论结梅 及加载形式如何,均假设变形后板与地基仍存在完全接触的不足,提出分析此类结构 的动态刚度矩阵迭代法。在正M微机上实现的数值算例结果表明,本文方法更真实地 反映了板与地基间的相互作用.      

边坡加固中预应力锚索框架梁内力计算

研究了预应力锚索框架地梁与土体的共同作用,根据温克尔假定利用弹性地基梁方法来计算框架地梁内力,并将这种方法应用于川藏公路一边坡治理工程的预应力锚索框架地梁设计。现场测试结果表明,设计计算结果较好地反映了框架地梁的受力状态,计算方法较为合理。     

文克尔地基上基础梁内力简化分析方法

介绍了文克尔地基上基础梁内力计算的三种方法,即“有限长梁的叠加原理法”和通过查表求解的“设计简化法”及“有限元法”。通过实例计算对比,分析了“设计简化法”在基础梁内力计算中存在的误差和不足。随着计算机的应用普及,文克尔地基上基础梁内力计算应优先采用“有限长梁的叠加原理法”和“有限元法”。     

一种高速公路加载卸载沉降预测模型

对存在深厚软土的地基,耦合软土流变项指数曲线模型可较好地预测地基沉降,可合理地反应出土颗粒骨架的蠕变过程及各时刻的蠕变量。基于加载卸载的应力应变关系,对耦合软土流变项指数曲线模型进行改进,并采用数学规划中的黄金分割法对模型中参数进行反演。结合工程实测数据与有限元仿真模拟,表明该模型对加载卸载沉降预测具有较高的适应性,对超载预压路基长期沉降预测有参考价值。     

双线性黏聚区模型在混凝土路面损伤开裂分析中的应用

为了揭示混凝土路面的损伤开裂机理及其对承载力的影响, 考虑混凝土材料的弹塑性, 应用非线性断裂力学中的双线性黏聚区模型, 结合ABAQUS有限元软件, 在预计开裂部位布设黏结单元, 模拟了四点加载小梁试件从弹性响应到断裂失效的全过程, 以验证双线性黏聚区模型在混凝土损伤开裂分析中的适用性; 应用双线性黏聚区模型分析了Winkler地基上混凝土板的断裂特性和损伤后的承载力衰减。分析结果表明: 在加载小梁受荷全过程中, 梁底应力经历了线性增大、达到混凝土极限强度后减小、最大点上移与变为0等阶段, 作用力-加载位移变化与已有研究一致; 在加载全过程中, 混凝土板的截面应力分布变化与小梁类似; 混凝土板在损伤阶段承载力会持续增大, 但由于板的支承条件与四点加载小梁不同, 板的断裂近似于脆性断裂, 无明显承载力衰减过程, 板断裂时的极限承载力与弹性阶段临界状态承载力之比为1.32;混凝土板发生初始损伤后, 极限承载力最大会衰减至未损伤板的87%, 且随着初始损伤程度的增加, 极限承载力衰减速率变大。      

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.      

功能梯度梁纯弯曲的弹塑性理论分析

对功能梯度梁在纯弯曲加载和卸载过程中的弹塑性变形行为进行了研究.假设梁由线弹性材料A和理想弹塑性材料B两相材料组成,其复合材料的屈服特性较复杂.为了获得纯弯曲的理论解,利用复合材料力学的方法,分别考虑两相材料的应力,并以此为基础对梁进行弹塑性分析,认为梁的屈服特性完全由材料B的应力决定,而并非整体应力.文中详细讨论了加载和卸载过程的各个阶段,并给出相应的解析解.最后通过算例,对中性轴的位置、截面应力分布、残余应力和残余曲率的变化规律进行了详细讨论.     

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．