不同深跨比下浅埋偏压隧道地表变形规律研究

以福建省漳州至永安高速公路大隔尖隧道为工程背景,采用数值分析方法,研究了不同深跨比下浅埋偏压隧道地表变形规律。研究发现,浅埋偏压隧道开挖对地表的影响范围大小与隧道埋深成反比,隧道埋深越大,隧道开挖对地表影响越小。当单线和双线隧道深跨比分别为3.1和2.7时,隧道正上方地表已经几乎不受隧道开挖的影响。因此在工程施工中,对于浅埋偏压隧道而言,埋深越浅,越应重视施工对地表变形的影响,可以通过在地表一定范围内注浆来减小隧道开挖对地表的影响程度。     

富水全风化花岗岩隧道变形规律与力学特性

用地质钻机在隧道中心线上方钻取原状土进行土工试验,采用电子水准仪量测地表和拱顶沉降,采用JSS30A数显收敛仪进行隧道水平收敛监测,采用JTM-V2000D型振弦式土压计量测围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力,通过对寨子岗隧道围岩变形及压力进行量测,得到了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性.分析结果表明:深浅埋隧道的划分界限为2倍洞径;隧道洞口段洞顶土体同时存在竖向位移和水平位移;围岩的水平收敛稳定时间及拱顶沉降的稳定时间和隧道埋深关系不大;浅埋隧道的埋深越大,水平收敛值及拱顶沉降值越大,深埋隧道的水平收敛值及拱顶沉降值和隧道埋深关系不大;围岩与初期支护间压力分布比较均匀,浅埋隧道各量测点压力值差异较小,压力随着隧道埋深的增加逐渐增加;深埋隧道各点压力分布的不均匀程度有所增加,各点压力值随着隧道埋深的增加变化很小;围岩与初期支护间压力均大于初期支护与二次衬砌间压力,初期支护与二次衬砌间的最大压力均不大于100 kPa.     

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

软弱富水地层盾构掘进引起的地表变形控制

以苏州地铁5号线某区间盾构隧道为研究对象,以施工期间掘进参数及隧道地表实测监测数据为依据,分析盾构掘进工程中地质条件、土仓压力、推进速度等因素对地表变形的影响。结果分析表明:盾构掘进面前方一倍洞径处,地表易隆起,地表隆起量随着推进速度、土仓压力、同步注浆压力的增大而增大;随着盾构掘进,地层受施工扰动及水土损失影响,地层开始出现沉降,并不断增大,在距离盾尾两倍洞径位置附近趋于稳定。文中针对盾构在富水砂层、粉土、粉质粘土段掘进存在的问题,提出了地表变形控制措施。     

软土盾构隧道基底加固对长期沉降的影响分析

在富水软弱地层中,如何预测及控制地层扰动引起的长期固结沉降一直是盾构隧道施工面临的重要问题之一。基于FEM-FDM水土完全耦合理论,利用同济曙光三维有限元软件,分析了珠海某隧道软土区段局部加固对盾构施工引起的土体工后长期固结沉降的影响规律。数值计算结果表明:地层及隧道拱顶长期沉降槽随埋深增大逐渐变深变窄;盾构隧道基底加固分别使地表及隧道拱顶的最大沉降量减小34.2%和27%,且使二者更快趋于稳定,但对隧道结构变形的影响并不明显;加固会使隧道竖向应力有所增大,但不会改变其沿隧道轴向的分布规律;有基底加固时隧道拱腰处的超孔隙水压力消散更快,使得固结沉降更快趋于稳定。     

热力耦合作用下拉林铁路桑珠岭隧道岩爆预测

热力耦合作用是高温高地应力隧道岩爆预测中一个新的问题.在新建拉林铁路桑珠岭隧道开挖过程中,利用现场温度测试数据反演并得到隧道不同埋深时的地温,通过热力耦合数值模拟计算得到隧道开挖过程中的洞周应力变化规律,利用卢森、陶振宇、王元汉、樊建平4种岩爆判据对隧道不同温区、不同洞周应力释放率的岩爆发生烈度和岩爆范围进行预测,最后将预测结果与现场岩爆进行了比较分析.研究结果表明:桑珠岭隧道地温梯度为5.5℃/100 m,隧道埋深越大地温越高;在以自重应力场为主的深埋段,最大压应力集中在拱顶和拱脚部位;在45~85℃地温区间,洞周最大切向应力和最大主应力随应力释放率增大而线性增长,当洞周应力释放率为100%时,其增加量分别为84~96 MPa、93~96 MPa,同时岩爆烈度等级也相应增加;判据预测与现场实测的比对表明,高温热力耦合作用在应力释放过程中加速了岩爆发生,在应力释放率前期,陶振宇判据对中等及以上岩爆的发生更加敏感,而在应力释放中后期王元汉判据与实测结果的相似度更为一致.      

地表荷载对浅埋非对称小净距隧道的影响分析

为获得浅埋非对称小净距隧道在地表荷载作用下的地表沉降、拱顶下沉和支护应力在施工过程中的变化特征,依托重庆渝中连接隧道工程为依托,采用二维数值分析方法,分析了地表荷载位于小隧道正上方、大隧道正上方及均布于大小隧道上方3种荷载作用下,先行洞为小隧道或大隧道两个施工过程。结果表明:当小隧道采用单侧壁导坑法和大隧道采用环形开挖留核心土法施工时,地表总荷载越大,地表沉降越大,地表荷载影响最终地表沉降曲线的形态及沉降值大小;大小隧道的施工先后顺序对拱顶下沉随工序变化的规律没有影响;后行洞临近先行洞的开挖对先行洞的支护应力影响非常大。分析结果可为类似工程建设提供理论支持和科学指导。     

基于土质隧道的深浅埋界定范围研究

基于有限元软件ABAQUS进行隧道开挖过程的三维数值分析,从应力、应变的角度出发,对土体隧道深浅埋的界定范围进行了研究,研究结果表明:隧道施工过程中,拱顶C点的位移值最大,并且随着埋深的增加而具有不断增大的趋势;当隧道埋深增加到某一临界状态以上时,拱顶C点位移不再随着埋深的增加而显著变化,而是趋于一个定值;隧道的应力释放规律和其竖向位移规律相同,隧道拱顶C点的竖向应力随着隧道埋深的增大,应力变化曲线也趋于平缓,且C点的竖向应力与太沙基理论计算值较为吻合。在此基础上,结合理论分析的手段确定隧道深浅埋的界限埋深值,并运用现行规范和太沙基理论对此界限埋深值进行了进一步的验证。     

软岩隧道围岩压力模型试验研究

采用相似材料模型试验方法,对软岩隧道在以竖直地应力为主和水平地应力为主两种情况下围岩压力分布规律进行了研究.研究结果表明,隧道围岩应力升高区在隧道周围1倍洞径之内,应力集中系数约为1.2～1.5.因围岩应力重分布而出现塑性区,高应力向深部转移.隧道施作衬砌后,随着洞周围岩应力进一步释放,塑性区继续扩张,应力升高区也进一步向围岩深部发展,洞周的应力集中现象有所减小.隧道边墙中部、拱肩、拱顶是比较关键的部位,应加强支护.     

盾构隧道拱顶塑性区及地表沉降分析与计算

按平面应变问题分析隧道地表沉降,不考虑重力场的影响作用,而仅认为其是由洞周土体应力释放引起的。在假定隧道周边土体应力释放荷载为均布的前提下,由实际的地表应力为0与圣维南原理可知无穷远处的侧边与底边应力也为0。从而可利用平面弹性力学关于无限大板的理论求出其应力,并将其应力与未开挖前仅受重力场作用下的应力叠加。由此分析拱顶土体的塑性区半径,如果其塑性区半径不大且在工程允许的误差范围内．可以认为隧道开挖后整个土体仍处于弹性状态,从而利用洞周受均布荷栽作用下弹性无限大板的位移解直接推求出地表的沉降方程。     

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     

盾构隧道易液化地基的抗液化措施研究

针对饮和粉细沙层中看构隧道的地基液化问题，通过室内实验及理论计算得到如下结论：改变隧道埋深、对洞周土压密或对洞周土注入７％～１０％的４２５＃普通硅酸盐水泥等，即可达到消除隧道底部、减小隧道顶部液化区的目的。     

强夯施工参数对路基加固效果的影响

以某高速公路路基加固为例,利用数值分析软件,分析了锤底半径和夯击能量对土体竖向位移、竖向应力、地表位移以及夯坑体积的变化特性的影响,得到下述结论:锤底半径的变化主要影响0～3 m土体深度范围,1.25 m和1.5 m锤底半径相对于1.0 m锤底半径时,地表峰值应力分别减小18.5%和37.0%;随着锤底半径的增大,地表最大位移依次减小,且不同锤径对应的夯击影响区基本为锤径的1.2～1.3倍,而锤重不影响地表变形范围;随着锤重的增加,土体位移依次增大,且不同锤重的深度影响区均在6.0 m左右,土体竖向应力也增大,且锤重的变化对竖向应力的影响主要在3 m深度内;夯坑体积随锤径和锤重增大分别呈现出线性减小和线性增大的变化。     

变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法

目前浅埋偏压隧道围岩压力主要采用隧规计算方法，而对于左右洞隧道洞门不在同一里程，一侧需要开挖路基边坡，使隧道从自然放坡状态转为邻路基变坡状态的工况，隧规不适用于计算其围岩压力. 依托安徽某高速公路，运用极限平衡原理推导了邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析解. 计算结果表明:由于变坡的存在，深埋侧修正算法计算竖向围岩压力小于规范法，相对误差为15.98%，水平围岩压力保持不变；浅埋侧修正算法计算竖向围岩压力及水平压力均小于规范法，其竖向压力相对误差为24.93%，水平压力相对误差为5.50%，变坡的存在对浅埋侧影响较大；对比围岩竖向及水平偏压率，有变坡围岩偏压率更大；围岩位移、应力及等效应力，有变坡约为无变坡的1～5倍，围岩及结构更加偏于不安全.      

粉质黏土层盾构施工地表沉降规律分析

粉质粘土层土体的含水量较高、渗透性较弱、粘性强,在盾构施工中土体扰动较大,地面沉降很难控制。鉴于此因,利用数值模拟的方法研究盾构施工时地表的沉降规律,通过计算分析,研究了地面的横向沉降、纵向沉降及水平位移的变形规律及特征。结果表明:隧道正上方的地面处的沉降量最大为15.98mm,地表横向沉降的影响范围主要在3倍的隧道直径范围内,其沉降量大概占最终值的90%;盾构通过后的地表沉降,地表沉降值由9.45mm增大到14.71mm,其沉降值约占地表沉降值的60%～90%;地面最大横向水平位移为5.8mm,发生在离隧道轴线垂直距离7～8m范围内。     

盾尾同步注浆模拟试验研究

盾尾同步注浆区域位于盾构隧道管片壁后，由于其空间的封闭性，难以对浆液的扩散情况进行观测，从而导致目前同步注浆材料的分布特性尚不明确。为此，研发了一种盾尾同步注浆模拟装置，进行了盾尾同步注浆模拟试验研究，对同步注浆过程中的土体内部的压力变化与上部土体的沉降进行了研究。结果表明，注浆开始后出浆口移动轴线上方土体内部的压力在注浆压力的影响下逐渐增大，在出浆口远离后逐渐减小，与此同时轴线两侧的土体压力逐渐增大，产生了明显的土拱效应；注浆稳定后浆液的内部压力主要由上部荷载决定，与注浆阶段注浆压力的大小无直接关系；注浆过程中引发的地表沉降的大小主要由注浆压力决定，其次受到浆液性质的影响；凝固后的注浆体横向上在出浆口附近厚度较小，两侧较大，纵向上厚度分布较为均匀。     

土压平衡盾构隧道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备受关注的问题。以广州地铁3号线某盾构区间隧道为研究对象,运用三维有限差分法对盾构施工过程中影响地面沉降的因素——土舱压力、盾尾注浆压力和地层损失率进行较为系统的研究,可得出结论：影响盾构隧道地表沉降最大的因素为地层损失和注浆压力,增大土舱压力对降低隧道地表沉降的作用非常有限。     

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。     

地铁隧道盾构始发过程数值模拟分析研究

以苏州市吴中区的平行隧道施工为工程依托,利用有限元软件ABAQUS对盾构始发过程进行了仿真模拟,对地表沉降、地层位移、土体应力和围护结构应力进行了对比分析。模拟表明:土体强度对抵抗地层扰动能力具有有效性;土质强度越大,隧道结构在Y轴方向所受的地应力越小,这意味着管片受土压力越小,则隧道结构更为稳定;主动土压力随着盾构掘进深度的增加而增大,且伴随着主动土压力的增加,围护结构应力值也相应增大。     

盾构施工参数对土体及单桩的影响

采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟盾构施工,通过变化注浆压力及推进力研究盾构施工对周边土体及单桩基础的影响.增加注浆压力是减小盾构推进对周围土体影响的最有效的措施.当注浆压力足够大,推进力、盾尾脱离及浆液硬化对土体的影响程度相同.若使隧道顶点的沉降及隧道底部土体的回弹减小相同的数量,底部注浆孔的压力要大于顶部注浆孔的压力.当推进力大于临界值时,推进力对隧道周边土体的影响明显增加.隧道周边及地表处各点的位移变化主要发生在盾构机通过这些点所在位置时,衬砌生成后,随后的开挖步对其影响很小.桩侧隧道洞室衬砌生成后,随后开挖步施加的注浆压力可以明显减小桩顶沉降,注浆压力越大,桩顶最终沉降越小.推进力对桩顶沉降影响不明显.盾构施工引起的桩顶和桩底的沉降始终相同,即桩整体下沉.桩顶无荷载及桩顶施加工作荷载时,开挖引起的桩顶沉降相同;桩顶施加极限荷载时,开挖引起的桩顶沉降明显增加.