盾构开挖对民用建筑沉降影响的数值模拟研究

盾构法施工不可避免对隧道周围岩体产生扰动,引发不同程度的土体变形和地表沉降,对地表结构造成不利影响。以郑州市轨道交通5号线西站街站—建设路站区间隧道工程为工程实例,利用ABAQUS有限元软件,建立三维盾构开挖模型,对比分析不同工况下模拟沉降数据。模拟数据表明,在理想施工质量条件下,建筑物沉降量最小;双线同步开挖时,建筑物沉降量最大,变形也大,因此应避免双线同步开挖施工。     

暗挖隧道近接上穿地铁盾构隧道的施工模拟

结合北京地铁10号线"国—双区间"盾构隧道受近接上穿地下过街通道施工影响的工程问题,针对盾构隧道周围地层的二重管无收缩WSS工法注浆加固措施,对整个动态施工过程进行了数值模拟分析,预测了地下通道的开挖卸荷引起下卧盾构隧道的变形情况,并评估了盾构隧道的安全性。通过计算分析,发现对近接盾构隧道周围地层采用WSS工法注浆加固能够有效地减小开挖卸荷引起的既有盾构隧道隆起变形和收敛变形,增大变形曲率半径,从而减小盾构管片的纵、横向的附加应力,对近接施工中的既有结构起到了保护作用。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析

以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景,考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序,运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟,并与现场测量数据进行对比分析.结果表明:先施工的右线隧道掘进完成后,隧道上方各层土体越靠近地表,盾构施工引起的地层竖向变形越小,而地层的沉降槽宽度越大,地表沉降槽宽度系数为0.56;近距离双隧道同向先后开挖时,土体相互扰动,地层距离隧道轴线的高度越小,地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显,岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别;两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形,此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用,易出现裂缝,故在施工中应做好切实的防护措施;监测结果验证了数值模拟方法的正确性,在盾构掌子面距离监测点12 m范围内,地表沉降发展得较快.     

盾构掘进对U形槽和桥梁桩基的影响分析

为研究双线隧道盾构掘进诱发地面U形槽和邻近桥梁桩基沉降的影响及控制措施,结合成都地铁4号线下穿复杂建筑群,对盾构掘进引起土体竖向变形的公式进行推导,采用Mohr-Coulomb建立隧道-地层-桥墩基础三维实体模型,模拟开挖过程中不同工况对地表U形槽沉降及邻近桩基水平位移和竖向位移的影响,并与理论公式推导结果进行对比。研究结果表明:盾构开挖引起的沉降主要由盾构正面推力、盾构机与周围土体之间摩擦力导致的土体竖向变形等构成,模拟计算得到的U形槽最大竖向位移为14 mm,公式计算得到的最大沉降为25 mm。桥桩基模拟计算和公式计算得到的最大沉降值分别为13 mm和21 mm。公式计算考虑的因素较模拟计算多,沉降值较模拟计算大,但趋势较为接近。     

基坑分块开挖对下卧盾构隧道的变形影响分析

为研究分块开挖基坑对下卧盾构隧道保护的有效性,以深圳市双界河路段某基坑工程为例,建立三维有限元模型,对比下卧盾构隧道竖向位移计算值与实测数据,在此基础上分析不同分块开挖方式对下卧隧道附加弯矩、内径变形的影响,并进一步研究分块开挖与坑底土体加固共同作用下隧道的变形规律。结果表明:在分块数量相同的情况下,横向分块的开挖效果要好于纵向分块开挖,且横向分块数量越多,对隧道竖向位移控制效果越好;隧道最大附加弯矩在拱顶处,隧道整体呈拱顶、拱底处伸长,拱腰处压缩的变形趋势;坑底加固土体可有效控制隧道竖向位移,在隧道变形控制较为严格的工程中,建议在开挖前对坑底土体进行加固。     

地表均布超载作用下软土地区既有盾构隧道周围附加土压力与变形计算方法

在地表均布超载导致既有盾构隧道对周围土体的相对挤压量计算方法的基础上,根据隧道变形与其周围土压力、土体压缩变形的关系,提出既有盾构隧道附加土压力与隧道变形的解析计算方法。该计算方法不仅考虑隧道穿越土层、上覆土层、下卧土层的物理力学性能,而且考虑盾构隧道的横断面变形刚度。通过工程案例对提出的计算方法进行验证性分析。结果表明:从隧道椭圆度来看,解析计算结果与现场实测结果吻合较好;从隧道周围附加土压力以及隧道上覆土层中的附加竖向土压力来看,提出的附加土压力与隧道变形的解析计算方法可行,计算过程简化合理。对比分析是否考虑竖向相对挤压对应的2种隧道周围附加土压力模式表明,考虑竖向相对挤压附加土压力模式时的隧道变形更大。     

地铁盾构区间隧道近接下穿城市综合管廊影响分析

采用Flac3D有限差分法模拟地铁盾构区间隧道下穿既有综合管廊的施工过程。分析下部地铁盾构隧道在不同交角和不同盾尾注浆压力的工况下,对上部既有综合管廊单洞隧道变形的影响特点。计算结果表明:当注浆压力一定时,随着上下隧道相交角度的增加,轴线交点附近处的沉降值就越来越大,而影响的范围却越来越小,并且这种影响与上下隧道相交长度正相关,与相交面积二次相关;当交角不变时,在一定范围内,随着盾构隧道注浆压力的增加,上部综合管廊的沉降会逐渐减小,而随着盾构隧道注浆压力的等幅提升,沉降的变化值越来越小,即注浆压力对隧道沉降的改善越来越不明显。通过结果分析,可采用0.3 MPa的注浆压力下,交角范围为60°~75°的工况进行施工,以减少施工影响。     

上盖物业基坑开挖引起下方地铁隧道变形实测分析

基于宁波市矮潘地块项目施工期下方地铁隧道结构变形的实测数据,分析了周围基坑群施工对下卧隧道结构的影响.结果表明:隧道结构总体呈现先下沉、后上浮的趋势,上浮值先增大再减小后趋于稳定,上浮最大值出现在隧道上部基坑土体开挖完成之后、上部土体开挖期间;隧道结构横断面变形总体呈现"横鸭蛋"变形,隧道上部土体开挖时,隧道结构横断面...     

地表均布超载作用下软土地区既有盾构隧道对地层相对挤压量的计算方法

关于地表超载对既有盾构隧道的影响,现有的分析计算理论忽略了既有隧道与地层的相互作用,由此计算得到的盾构隧道周围的附加土压力与实际不符。基于模型试验结果,分析既有盾构隧道与地层的相互作用,提出采用"两状态对比法"分析地表超载作用下盾构隧道对地层的相对挤压状态,并根据盾构隧道与地层的相互作用关系,推导盾构隧道对周围土体的水平和竖向相对挤压量计算公式,为下一步理论计算地表超载导致的隧道周围附加土压力奠定基础。盾构隧道对周围土体的相对挤压分析表明:在地表超载作用下,水平相对挤压量可简化为三角形,水平地层抗力范围约为72°;当隧道穿越土层的竖向压缩量大于隧道的竖向收敛变形时,隧道对地层产生竖向相对挤压,竖向相对挤压量与隧道变形及穿越土层的压缩模量有关。     

双线盾构隧道小净距下穿时既有隧道结构的变形数值分析

盾构隧道难免会下穿既有构筑物。以新建某地地铁2号线区间双线盾构隧道下穿既有地铁1号线区间隧道为例,通过运用ANSYS有限元分析软件对土体注浆和未注浆情况下盾构施工进行模拟,得出土体在注浆的情况下既有结构的变形明显减小。最后将ANSYS计算结果与监测结果进行比较,两者相差不大,验证了模拟计算结果的正确性,为今后盾构隧道下穿既有结构的施工提供了借鉴和参考。     

人行地道上跨地铁盾构区间隧道影响分析研究

地面基坑位于地铁区间隧道上方时,由于基坑开挖的卸荷作用会对下方地铁隧道的变形内力产生一定影响。以昆明某人行地道基坑上跨地铁盾构区间隧道为例,模拟基坑开挖过程,分析了各工况下基坑开挖对下卧地铁盾构隧道的变形和内力变化规律。分析研究表明基坑开挖会引起盾构隧道整体上浮,盾构隧道轴力、弯矩均有一定减小,剪力增大,但盾构隧道位移及内力的变化量相对较小,对地铁的安全运营影响较小。     

类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。     

大直径盾构隧道下穿既有高铁线变形控制技术研究

盾构隧道施工会不可避免地对周围土体产生扰动,当新建盾构穿越既有高铁线时,保证高铁运营的安全性是施工过程中的关键性问题之一。以苏州桐泾路北延工程盾构下穿沪宁城际高铁为例,通过建立三维数值模型分析大直径盾构隧道施工对高铁桩基变形的影响,结合现场监测数据实现快速预测施工变形,并对盾构下穿既有高铁线变形控制技术进行研究,提出洞内外复合隔离加固措施的同时,还应加强对盾构掘进、同步注浆与二次注浆参数的控制。     

盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路稳定性控制措施研究

为确保盾构隧道与箱涵掘进过程中围岩的稳定和铁路路基沉降与变形在允许范围之内,采取合适的开挖方案以及相应的加固措施至关重要。为此,依托厦门地铁6号线,借助有限差分软件FLAC3D和现场监测数据,对隧道和箱涵交叠下穿铁路不同施工工况下结构特征位置点、地表变形和铁路路基变形加固措施进行分析,得出以下结论：(1)通过对隧道和箱涵结构特征位置点与地表位移等进行深入研究,得出最优开挖方案为先箱涵开挖、后盾构右线开挖、再左线开挖;(2)围岩和路基在未加固的情况下,箱涵发生主动破坏时,变形发展至地面,加固之后,盾构隧道与箱涵开挖面附近破坏土体慢慢变为只发生在开挖面前方,而不会向上发展;(3)现场监测数据得出地表位移、隧道拱顶和箱涵顶部位移均有随时间逐渐增大的趋势,而隧道净空收敛无太大变化。隧道与箱涵开挖面支护应力监测值都在一个范围内波动,将其和数值结果对比可发现数值与现场实测结果较为吻合。     

盾构施工对土体应力扰动过程的三维数值分析

基于比奥固结理论,应用ABAQUS软件,建立了包括盾构管片、注浆层、注浆压力、开挖面推力等参数的盾构施工三维有限元计算模型,并对模型进行了验证.采用分步开挖的方法模拟盾构施工对周围土体的应力扰动过程,计算并分析了主应力大小、方向以及孔隙水压力等参数,分析结果表明:盾构施工对周围不同区域土体有加载或卸载作用,从而产生正的或负的超孔压;在土层渗透系数较小时,盾构施工之后土体中仍存在较大的超孔压,造成土体长期固结变形,使管片荷载随时间增大;采用三维流固耦合有限元计算方法可合理模拟含水地层的盾构施工过程.     

新建盾构隧道施工对既有铁路路基的影响研究

结合武汉地铁区间盾构隧道下穿合武铁路工程,采用数值模拟计算的方法研究盾构施工过程中路基及地层的变形,分别从埋深、地层加固措施方面对铁路路基沉降的影响规律进行分析。研究结果表明:盾构掘进过程中,盾构开挖面距路基中心线约6 m时,既有路基就已产生明显的沉降,且先行隧道施工对路基产生的扰动尤为显著;路基沉降槽宽度随隧道埋深的增大而增大,沉降槽曲率及峰值逐渐减小,在此地层条件下,隧道埋深增大到一定程度后路基沉降仍超过了限定值;对隧道周围土体采取注浆加固措施能够有效控制地层的沉降,保证列车安全正常运行。     

地铁隧道上方长距离并行基坑开挖的施工影响及变形控制

在深圳市桂庙路快速化改造工程施工过程中,前海下沉段需要长距离并行既有的地铁11号线隧道。这不可避免地会使下卧地铁隧道产生结构变形和附加受力,进而影响地铁隧道的运行安全。借助数值分析软件对基坑施工过程进行动态模拟,对比分析了不同工况下的坑顶土体放坡开挖、坑内土体开挖、主体结构施工等不同施工步序对下卧地铁隧道结构的受力和变形影响。在此基础上,提出了基坑分段开挖、控制基坑一次纵向开挖长度、前一段基坑开挖完毕后迅速施工底板等施工控制措施。现场监测数据验证了所提施工方法能有效控制下卧地铁隧道的变形。     

富水砂层地下水位变化对盾构隧道衬砌结构的影响分析

利用Plaxis软件建立有限元模型,分析富水砂层地下水位升降速率对区间盾构隧道衬砌内力的影响.结合南昌地下水位升降规律拟定若干工况,通过将模拟结果与监测数据进行对比分析,验证了模型的正确性,并对各工况下隧道衬砌结构内力进行对比分析.研究结果表明:地下水位上升则衬砌弯矩减小,地下水位下降则衬砌弯矩增大;地下水位升降速率不...     

上下重叠地铁盾构隧道施工对邻近建筑物影响及控制措施研究

在城市地铁施工建设过程中,经常会出现地铁隧道下穿建筑物的现象。为研究地铁隧道下穿建筑物对建筑物的影响,依托某地铁区间隧道工程,采用数值模拟的方法,对注浆加固前和注浆加固后盾构掘进(先下洞后上洞)地下室底板沉降和承台沉降及桩基变形进行分析。通过分析得知,重叠隧道在隧道开挖过程中,应采取注浆加固等手段,来控制各项变形指标,减小盾构开挖对建筑物的影响。