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.     

隧道施工地层扰动特性分析

研究目的:地铁修建过程中面临大量穿越或临近建(构)筑物的情况,为确保施工安全,应把握施工引起的地层变形规律。本文利用三维非线性有限元模型和相关解析理论,展开对隧道施工后在不同埋深和不同施工控制水平下地层变形规律的研究。研究结论:(1)隧道施工影响半径受埋深和施工控制水平的双重影响;(2)施工影响范围随拱顶沉降的增大而增大,当拱顶沉降增大到一定值后,影响半径达到最大值,此时地层发生剪切破坏;(3)在粉土和粉砂土为代表的典型复合地层中,地表沉降与拱顶沉降的关系、影响半径和拱顶沉降的关系、影响半径与地表沉降的关系分别可用考虑埋深影响的线性函数、二次函数、幂指数函数公式表示;(4)地表沉降斜率与地表最大沉降量的关系可用幂指数函数形式表示,埋深越大,地表沉降斜率越小;(5)本研究成果可应用于地铁穿越工程。     

基于随机介质理论的浅埋偏压隧道沉降预测

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机介质理论,推导了浅埋偏压盾构隧道开挖地表沉降公式;(2)通过理论推导修正了地表沉降公式计算所需的断面收敛区域U'-V';(3)计算过程中,为简化计算,采用极坐标改进了倾斜地表和水平地表沉降公式;(4)浅埋偏压条件下,倾斜地层坡度α≥45°时,位移变化速率明显加快;此外,地表竖向位移最大值同开挖单元深度与沉降半径之比呈现出一种线性关系;(5)隧道轴线到斜坡表面的垂直距离d3.5R时,地表竖向位移变化也会加快,所以隧道修筑应尽量选择在d≥3.5R的位置;(6)该研究成果可为浅埋偏压隧道开挖的地表位移预测提供一种新途径,为地表位移控制提供技术支持。     

盾构开挖引起的地层位移空间分布预测模型

研究目的:盾构施工引起地层位移是城市地铁建设中不可忽略的问题。目前,大多数沉降预测方法是针对地表的,缺乏对地层位移空间分布的具体研究。基于此,本文以北京地铁14号线为工程背景,采用数值分析手段研究地层内部沉降及其影响范围与地表的联系,提出一种基于地层位移沿横向和纵向分布公式相结合的空间分布预测方法,并与现场实测进行对比验证。研究结论:(1)盾构前后地层任意横剖面的地表沉降槽宽度系数与其最终值基本一致;(2)地表及地层内部沉降槽都呈现正态分布形式,随着埋深增加,沉降槽最大值呈现幂函数的非线性增长规律,沉降槽宽度系数呈现幂函数形式的非线性减小趋势;(3)任一点的地层位移与地表最终沉降值、沉降槽宽度系数、地层损失率等有关;(4)该研究成果可为类似地质条件盾构施工引起地层位移的空间预测提供理论依据。     

成都砂卵石地层双线隧道Peck公式参数取值研究

基于成都地铁开挖引起地表沉降的大量实测数据,结合成都市砂卵石地层性质,在正常盾构工况下,运用Peck公式对各典型断面实测数据进行位移反分析,得出沉降槽宽度系数i和地层损失率η。深入分析公式中沉降槽宽度i,地层损失率η与隧道埋深及地层物理力学性质相关性,并得出适应于该地层下的Peck公式参数与隧道埋深及地层性质的关系公式和Peck公式参数取值范围。运用沉降叠加原理,建立正常工况下,砂卵石地层双线平行盾构开挖地表沉降预测公式,并与成都其它砂卵石区域盾构开挖地表沉降实测数据进行比较,通过实例验证其适用性。研究结果可为今后成都市及其它地区相似地层下地铁建设提供参考和依据。     

新建隧道开挖造成上方隧道竖向变形的计算方法研究

针对现有两阶段方法的不足,选取Loganathan提出的地表沉降公式计算隧道开挖引起的土体自由场沉降,选用Pasternak双参数模型作为弹性地基梁模型,将土体位移产生的附加应力施加到既有隧道结构得到了新建单、双线隧道开挖影响下上方既有隧道竖向沉降的计算公式;采用简化的弹性空间法选取地基参数,并通过单线隧道和双线隧道算例对计算方法的适用性进行了验证,同时与基于Peck经验公式和Winkler地基模型的传统方法进行了对比。算例分析显示,由于考虑了土体的抗剪作用,基于Loganathan公式Pasternak双参数地基梁的计算方法得到的结果更具合理性。     

考虑细颗粒含量成层的客专粉砂地基固结问题传递矩阵解

基于现有成层地基固结问题求解的局限性及适用性,借助Laplace变换及逆变换法,将体现成层粉砂地基固结特性的参数作为刚度矩阵元素,以矩阵的形式在成层地基层间传递,求解出考虑不同分级加荷及边界条件下成层客专粉砂地基的固结解析解。结合不同细颗粒含量对客专粉砂固结特性的影响规律,研究不同细颗粒含量对成层客专粉砂地基的应力、孔压及位移的发展规律。同时,运用ABAQUS对成层粉砂地基的固结问题进行数值模拟分析,通过和理论解析解对比分析,进一步验证了传递矩阵法求解不同细颗粒含量成层客专粉砂地基固结问题的可靠性和适用性。     

软土地区明挖隧道施工引起周边建筑沉降的预测方法

提出了软土地区明挖隧道施工对周边建筑物影响的简化预测分析方法。利用改进的地表沉降偏态分布公式并结合宁波软土地区公路及地铁隧道明挖施工时的变形统计规律,得到了坑外地表沉降的预测方法。探讨了以地表沉降直接估算浅基础建筑沉降方法的合理性,建议在估算时考虑浅基础建筑层数的影响。通过分析地表沉降与桩基础抵抗变形能力之间的关系,提出对地表沉降进行折减获得桩基础建筑沉降的预测方法。最后,通过工程实例验证了该方法的实用性。     

半解析半数值法层状地基上高承台桩基础沉降的计算

用半解析半数值方法计算层状地基上高承台桩基础沉降的难点在于求解地基基本解（荷载和位移之间的关系）及实现其数值计算。地基基本解有2种分析模型：一种是求解土的基本解,然后将其代入基础的有限元控制方程,这种模型得到的地基柔度矩阵很大,数值计算存在困难;另一种是将土和桩视作地基,用基本解表示,它由轴对称有限元法按照桩帽模型和圆筒模型考虑群桩效应求得,然后将地基基本解代入墩台的有限元控制方程并求解,即可得到高承台桩基础的沉降,这种模型得到的地基柔度矩阵元素相当少,适合数值计算。基于轴对称有限元法的半解析半数值方法,无需繁琐的公式推导,极大地减少工作量,计算效率高。算例结果表明,该分析方法和三维有限元法在分析桩的沉降时结果符合很好。     

弹性地基板分析的一种新方法

在板与地基的共同作用分析中,为了提高分析的精度,将每个板单元下的地基单元划分为2×2个子单元,假定每个子单元下的地基反力是均布的,用Boussinesq公式求得各个子单元在均布力作用下的位移系数,利用形函数和坐标变换公式建立子单元与原单元之间的力和位移关系,并将这种关系反映到地基柔度矩阵中去,将地基柔度矩阵求逆后与板刚度阵叠加并求解即可求得节点位移,进而求得地基反力和板中内力.     

地面堆载引起的邻近地铁隧道变形分析

为研究地面堆载引起的地铁隧道变形,首先采用Boussinesq基本解计算地面堆载作用在隧道上的竖向附加应力,再将隧道简化为搁置在利夫金地基上的Timoshenko长梁,考虑土介质的连续性和隧道剪切效应,给出地面堆载引起的邻近地铁隧道变形的计算公式,然后将公式计算值与使用EulerBernoulli梁模型计算结果和工程实测数据进行对比,最后对隧道变形影响因素进行了分析。结果表明:使用Euler-Bernoulli梁模型计算明显高估了隧道沉降量和内力,本文计算方法结果更精确;相对于堆载宽度,堆载长度的变化对隧道变形的影响更显著;距地面堆载中心的水平距离较小时浅埋地铁隧道沉降较大;隧道沉降量随地面堆载密度增大而逐渐增大,但堆载对隧道的影响范围不受其影响。     

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。     

地铁施工影响邻近管线的研究现状与展望

从地下管线初始应力、接口模拟、失效模式、管土相互作用、控制标准、评估简化算法、离心模型试验以及有限元数值分析等方面,综述了国内外隧道施工对地下管线影响的已有研究成果。开挖引起周围地层的差异沉降是导致管线功能丧失的主要原因,主要表现形式为纵向弯矩引起的横向断裂和非刚性连接的管线接头张开等。影响管线变形的主要因素包括管线与隧道的相对位置、管线的弯曲刚度和土体的强度。管线的控制标准可以从地层移动、管线接头转角与脱开以及管线应变等方面考虑制定。对此类问题的分析,常用的弹性地基梁法与工程类比法都是基于经验的预测方法,没有考虑管道腐蚀引起的安全性下降,仅是采用较严格的变形控制标准。应在腐蚀管道评定的基础上合理制定变形控制标准,结合开挖引起地层移动与管土相互作用以及管材强度与变形特性的研究,建立一套完整实用的管线安全性评估体系。     

浅埋PVC管道穿越挖填方场地时受力状态研究

以延安新区黄土沟壑高填方工程中的PVC输水管道为原型,通过1:2物理模型试验,预设沉降底板模拟高填方的工后沉降过程,对比不同接口布设位置的管道在穿越填挖结合场地时的受力变形过程,采集管道变形、应变和管土接触压力等数据,对比不同接口位置对管道的影响。研究表明:浅埋PVC管道受负土拱效应影响明显,深层沉降量超过6 mm后填方场地中管道底部与土体出现脱空,管道竖向变形明显。对比2根管道的内力曲线发现,填挖结合部位中管道的内力受支座转角与竖向位移控制,管道接口的不良影响在这一阶段开始显现,建议在填挖结合区和工后沉降量大的填方场地采用柔性接口设计。     

双线盾构隧道下穿既有建筑物诱发地表变形规律分析

盾构下穿建(构)筑物施工不可避免对地层及上层建筑产生影响,而双线隧道穿越同一建筑物同时存在着二次扰动,且同时由于建筑物与地层之间的作用,诱发的地表变形影响更为复杂。以南京地铁三号线常府街~夫子庙区间双线隧道下穿刘公巷7号楼具体工况为例,结合经验公式和数值模拟进行对比分析,研究存在建筑物情况下的地表变形规律。研究结果表明:建筑物的存在使得地表沉降曲线呈非对称形式,且存在建筑物范围内沉降曲线相对平缓,而PECK预测地表沉降槽为对称曲线,且相对数值模拟结果偏大,表明地面建筑物对地层变形具有直接的约束作用;采用peck公式预测存在地面建筑物的地表沉降时,应根据现场实测数据反算确定经验参数,从而考虑建筑物刚度的影响。     

采用改进的修正双曲线法预测高速铁路路基沉降

高速铁路路基工后沉降的预测十分关键.沉降监测过程中观测时间间隔不等,将导致修正双曲线法进行数据拟合时存在一定的偏差.本文提出了一种加权的修正双曲线法,建立考虑观测时间间隔的权值目标函数,权值大小与时间间隔成正比,利用VBA功能实现矩阵的迭代求解,获得拟合曲线的参数,并对两种方法拟合的结果进行了对比.结果表明,采用改进方法预测的工后沉降更接近于实测数据,提高了沉降预测精度,验证了改进方法的合理性.     

盾构施工引起地层损失率变化特征

城市地铁盾构法施工对周围土体产生扰动引起地表位移是施工中必须重视的问题。当盾构隧道下穿既有隧道或管线等构筑物时,地层位移不可忽略。以北京地铁14号线方-十区间为背景,采用地层分层位移监测技术体系,通过多元回归分析和坐标转换等方法监测得到某一位置不同深度测点地层位移,研究不同深度地层的竖向位移分布特征以及随盾构推进的动态变化规律,并结合数值模拟进行对比分析。结果表明：地表和不同深度地层都呈现明显正态分布的沉降槽特征,沉降槽最大沉降值从拱顶传至地表过程中逐渐衰减且变形影响范围不断向两侧扩展,埋深较小的沉降槽宽而浅,埋深较大的沉降槽窄而深。实测结果及数值模拟均揭示了盾体通过阶段和盾尾脱出后阶段占有最终沉降较大比例,这为有效充填开挖间隙以及加强盾尾空隙注浆效果以有效控制地层位移提供理论支撑及指导意义。     

砂性地层地铁暗挖施工地表沉降预测方法

通过对地层沉降机理和地表沉降空间分布形态的分析,对Peck公式进行了修正,把隧道中轴线处地表沉降z中和地表沉降槽的宽度系数i都拓展成y的函数,得到了适用于砂性地层地铁暗挖施工开挖进程的三维空间地表沉降预测方法。根据沈阳地铁实际工程地表沉降实测值反推出预测公式中z中(y)和i(y)的具体形式及其他系数值,并对不同断面横向地表沉降计算值和实测值进行对比分析,结果证明该预测方法可应用于工程实践。     

人字形微型桩内力计算方法

基于弹性地基梁的微型桩内力计算方法中有一种是假定上部为钢架,滑面处为固定支座,传递弯矩和剪力,滑面以下桩体按弹性地基梁法计算。本文所选微型桩同样采用组合结构计算,同时考虑滑面处变形协调,把弹性地基梁的位移和转角作为上部结构的支座位移,考虑位移对内力的影响。针对微型桩滑面处弯矩,基于FLAC3D程序,建立简化的微型桩数值计算模型,提取桩的内力并绘制弯矩图,数值模拟结果与考虑变形协调后的弯矩图更接近。     

粉喷桩复合地基处理高速铁路软土变形的试验研究

通过采用粉喷桩复合地基处理高速铁路软土地基工后沉降的现场试验,对粉喷桩复合地基的变形进行了研究.试验表明,粉喷桩复合地基处理类似本试验段条件的高速铁路软土地基可以在较短工期内满足5 cm工后沉降的要求.本试验段粉喷桩复合地基的压缩主要由加固区的压缩变形引起.粉喷桩复合地基深层水平位移和坡脚及以外边桩变形特征均表明,由于打穿软土层粉喷桩的侧向约束作用,坡脚及坡脚外的沉降与水平位移均较小.粉喷桩复合地基最大沉降速率为5.8～7.0 mm/d,最大的水平位移值为2.5 cm左右.深层水平位移速率也很小,水平位移的主要影响深度为软土层,粉喷桩复合地基路堤的填筑不受稳定性的控制.粉喷桩复合地基对周围结构物的影响较小,可以不考虑路堤施工对周围结构物的影响.碎石垫层的设置达到了均化基底应力及调整差异沉降的目的.