考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究

文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。     

高速铁路黄土隧道初期支护受力特性研究

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节。文章结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析了大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为变化情况;基于控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中初期支护施作时机的选择给出了合理的建议;根据现场监测结果,总结出了黄土隧道初期支护受力规律。黄土具有明显的流变特性,支护结构受力很大一部分承受围岩流变产生的附加荷载;另外,支护结构受力在空间上分布并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑。     

大断面浅埋偏压隧道CRD法施工工序研究

文章以良村隧道CRD法施工为工程背景,布设了变形监测点及内力测试元件,分析了CRD法施工隧道围岩变形情况及结构内力特征,并对CRD法施工隧道在不同开挖顺序下的开挖过程进行了数值模拟,分析比较了不同开挖顺序时的围岩位移、应力变化情况。结果表明:CRD法对各分部施工工序影响较大,且各分部对拱顶下沉的影响程度从大至小依次为1部、2部、3部和4部;隧道内侧围岩压力大于外侧,钢支撑内力均为压应力,且拱腰位置轴力大于其它部位。比较隧道开挖变形的差异以及结构的受力特点,结合数值分析结果,得出了山体外侧先开挖方案无论在围岩变形还是隧道结构受力方面相比于山体外侧后开挖都较小,安全系数相对较高。因此,合理的施工工序应该是先进行山体外侧开挖并施作初期支护,然后再在山体内侧开挖施工。     

复杂条件下浅埋暗挖地铁车站施工地表沉降规律分析

文章以沈阳地铁中街站大跨度隧道工程为研究对象,应用FLAC3D计算软件,对复杂条件下浅埋暗挖大跨度隧道引起的地表沉降变形特征进行了数值模拟。根据洞桩法施工开挖方案,紧密结合工程实际,将动态施工开挖过程划分五个工况进行模拟,分析各施工工况对地表变形的影响和分布规律,并按工程信息化施工要求事前将预测数据提供施工单位,以指导施工控制地表沉降。模拟结果表明,采用洞桩法开挖施工过程中,对地层土体扰动较大,明显影响隧道中心附近地表变形的步序是小导洞开挖和初期支护扣拱施工阶段,约占最终沉降量的70%;而其他步序影响较小。最终,地表沉降在隧道横向分布呈"W"形态。模拟结果与现场监测数据具有较好的拟合性,表明利用数值分析方法预测大跨度隧道施工期地表沉降是可靠的。     

小净距平行隧道下穿施工对多层建筑的影响研究

设计中的某市区小净距隧道下穿小区多层楼房,采用数值方法研究了小净距平行隧道下穿施工过程.研究结果表明:隧道施工到楼房最近点前,楼房基础发生的超前沉降占总沉降的13％～24％,研究断面封闭前基础沉降占总沉降的56％～63％,而研究断面初期支护全断面封闭后发生的沉降仅占总沉降的12％～24％;当隧道左右线均穿过楼房最近点并施工完毕后,楼房基础区域地表最大沉降值为16.5 mm,基础局部沉降为0.0004 L,基础倾斜值为0.00042;右线隧道施工导致隧道拱顶上方围岩塑性区扩展至右线隧道地表.上述规律表明,隧道施工可能导致地表出现开裂,应对地表沉降进行观察和监测,同时优化施工工序,缩短右线隧道初期支护全断面封闭时间,从而有效控制地表的总沉降量,减小对既有房屋的影响.     

考虑流固耦合效应的水下隧道岸坡深基坑开挖数值模拟

文章以长沙市湘江大道浏阳河水下隧道工程为依托,改进了以往数值方法在反映隧道流固耦合效应方面的不足,建立了同时反映岩土体力学特性和水体流动规律的流固耦合模型,基于弹塑性流固耦合效应,对明挖段基坑开挖进行了三维数值模拟.从而揭示出:基坑开挖至预定深度后,由于岩土体内渗流尚未达到稳定状态仍会继续发展,基坑变形及支护结构受力还会继续增长.这一研究结果为基坑支护及安全施工提供了技术支持.     

工程措施对控制大跨度海底隧道结构变形的施工效果研究

厦门东通道翔安隧道是我国第一条海底隧道,隧道场区地质条件复杂.施工难度大.施工至今,多个区段的隧道结构变形都超过了预留变形量,为此施工单位采取了多种工程措施,有效地抑制了隧道的结构变形.文章首先基于厦门海底隧道的现场监测数据,分析了隧道结构发生异常变形的原因;然后通过数值模拟结果与实测数据的对比,研究了各工程措施在此类地质条件下的施工效果.研究认为:在施工过程中,采用锁脚锚管、仰拱注浆及井点降水可以有效地抑制初期支护变形,尤其是对洞内及地表同时进行井点降水时,隧道拱顶下沉量可以减小约50%,拱部塑性区范围也大幅度减小;变更临时支护结构参数和采用系统锚杆对控制隧道结构变形也有一定的作用,但是在此类地质条件下其效用不明显;另外,隧道断面的封闭时间和封闭距离对其结构变形影响很大,应尽快施作仰拱,使断面尽早封闭成环.     

粉煤灰地层大断面连拱隧道超前支护研究

在粉煤灰地层中修建隧道往往会因其承载力低、受压沉降大等特点产生施工安全隐患,为防止拱顶产生过大沉降,在实际施工之前往往进行可靠的超前支护.本文以穿越粉煤灰地带的盐坪坝大断面双连拱隧道为工程背景,通过数值模拟分析不同超前支护方式下围岩的变形特征,研究各种超前支护方式对围岩的变形控制效果,最终比选出粉煤灰地层条件下大断面双连拱隧道最合理的超前支护方式.研究结果表明,在超前锚杆或者超前小导管作用下,隧道洞周水平位移呈现拱腰>拱肩>拱脚的变形规律,隧道竖向位移呈现拱顶>拱肩>拱底的变形规律,同时隧道变形主要以竖向变形为主.同时在4.5 m长、120°范围下的超前小导管支护下,左洞隧道拱顶沉降仅为8.73 mm,拱腰收敛仅为1.01 mm,相对来说支护效果最好.     

泥质粉砂岩地层中后行盾构隧道近接施工对大断面矿山法隧道的影响研究

两条以上隧道近距离施工时,将导致既有隧道与新建隧道结构的受力变化,带来工法、工序与施工对策优化等问题。文章以长沙轨道交通3号线盾构隧道近接大断面矿山法隧道施工为工程依托,针对泥质粉砂岩地层,采用数值模拟和模型试验的手段,研究盾构隧道近接矿山法隧道施工的影响规律,并基于地表沉降准则提出影响分区。研究表明:盾构法隧道施工中,盾构开挖距离研究断面1倍洞径至研究断面完成管片拼装这一过程,是引起对应地表沉降增加及既有矿山法结构附加位移增长的主要阶段;对矿山法隧道结构的影响以竖向附加变形为主,具体表现为矿山法隧道整体上浮,越靠近盾构隧道的结构受影响越大;内力影响表现为矿山法隧道结构内力不均匀变化,靠近盾构隧道一侧结构受压加强,远离盾构隧道一侧结构易发生受拉破坏。     

超浅埋暗挖大跨隧道下穿既有隧道的沉降控制技术

文章基于成都博览城综合交通枢纽18号线西博城站超浅埋暗挖大跨隧道施工实例,针对原设计CRD法施工存在的不足,提出了超浅埋暗挖大跨隧道下穿既有隧道的沉降控制和CRD法施工优化技术方案,并在施工中采用旋喷桩、超前大管棚和超前小导管注浆等辅助措施进行地层加固,优化CRD小分部台阶开挖法及衬砌分部分块施工方案。实践证明,采用优化的CRD法施工方案和措施是有效的,减少了安全风险、加快了施工进度、降低了工程成本,可为今后类似工况条件下地铁区间暗挖大跨隧道下穿既有城市道路、隧道的施工和地表沉降控制提供借鉴。     

复杂条件下超浅埋双层叠合大断面隧道下穿敏感建筑设计

文章结合目前国内世界级工程港珠澳大桥的拱北隧道,从设计的角度介绍了一种饱和富水软土地层超浅埋大断面双层叠合六车道隧道下穿敏感建筑的新方法——管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法。该法将作为超前支护的管幕与作为支护结构的初期支护进行合理组合连接,形成大刚度的环向及纵向整体受力体系,可有效控制隧道开挖过程及运营阶段的地表变形,大幅度降低施工风险。该法通过对管幕间的土体进行冻结的方式形成隔水帷幕,避免了由于地下水流失导致的地面变形及隧道暗挖施工期间产生涌水、突泥现象,隧道能够在水密性的地下空间进行施工。该法运用了顶管、冷冻两种在隧道建设领域运用较少的新工艺,经过与支护结构的合理组合,成功地解决了复杂地质条件及复杂环境条件下的超浅埋大断面隧道下穿敏感建筑遇到的技术难题,拓展了隧道建设新思路,建立了隧道建设新方法。     

马蹄形隧道初期支护内力反演分析的理论研究

隧道开挖过程中,混凝土支护结构的内力分布表现出特有的动态变化特征,对施工环境下隧道支护结构的内力分布特征进行研究并对其薄弱部位进行预判是保障隧道施工安全的重要手段之一。文章将隧道弧段和边墙段初期支护分别视为弹性地基曲梁和直梁,基于初参数法和围岩压力量测,从理论上推导了马蹄形断面隧道初期支护内力计算的反演表达式;结合某隧道围岩压力的实测数据,反演了初期支护的内力分布。初期支护内力实测数据和反演分析结果对比分析表明,所提出的马蹄形隧道初期支护内力的理论反分析方法切实可行,可为隧道初期支护设计和施工工艺的优化提供理论依据。     

基于两种拱盖法修建的青岛地区上软下硬岩质地层大跨隧道结构稳定性研究

拱盖法是基于纵深刚度差异较大的“上软下硬”地层条件,在充分吸取盖挖法、双侧壁导坑法等工法的成功经验或者不足之处的基础上发展起来的一种暗挖大跨隧道修建技术,拱盖法主要有双层初期支护拱盖法和二次衬砌拱盖法。文章以青岛地铁某暗挖大跨车站为例,结合站址范围内上软下硬复合地层的特征,通过数值方法对两种拱盖法修筑的隧道结构稳定性进行分析研究。结果表明:1)二次衬砌拱盖法采用纵向9 m拆撑安全步距施工时,外层初期支护棚护作用的“空间刚度效应”不足以弥补其拱盖的“拱”效应,双层初期支护拱盖法修筑技术更有利于隧道变形控制;2)隧道下部岩体开挖时拱盖结构的承载、保护作用显著,但在相同等地质环境条件下,二次衬砌拱盖法施工对拱脚岩体的塑性破坏作用更明显,换言之即二次衬砌拱脚对岩基的强度和刚度要求更高;3)初期支护拱盖法结构受力控制部位为拱肩及拱脚,二次衬砌拱盖法结构受力控制部位为拱脚,后者拱脚控制内力约为前者的1.56倍,前者的“梁”效应比较明显,后者的“脚”效应比较明显;4)为地铁百年服务工程安全计,建议优先考虑采用双层初期支护拱盖法施工。     

浅覆土大断面小间距矩形顶管施工的环境效应

深圳华强北至华新地铁站区间通道工程采用矩形顶管机施工,具有大断面、小间距、浅覆土、上穿地铁隧道、下穿多条地下管线、多条顶管平行施工等特点。文章通过建立数值模型,对注浆压力和机头作用的模拟方法进行了讨论和改进,分析了顶管施工对周边环境的影响。计算结果表明,矩形顶管施工引起的地表沉降槽同样符合Peck公式,土体损失在地层位移的形成中起主导作用;随着多条顶管先后施工,地表沉降槽从V型分布向W型分布转变,地铁隧道竖向位移不断叠加;管棚的支护作用有效减小了地表变形和地下管线变形。     

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采川三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征.研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大；对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要.所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法.     

“土-岩”复合地层盾构始发井横通道开挖支护力学行为研究

结合长春地区特殊的"土-岩"复合地质情况,文章首先通过对横通道施工阶段地表及洞内沉降监测进行数据分析,总结出CRD工法施工过程中土层的沉降变形规律;然后采用有限元软件MIDAS/GTS分析横通道施工引起支护结构和上覆埋地管线的变形及受力情况,并与实测数据进行对比分析。结果表明:(1)1~4号导洞开挖对地表沉降贡献较大,占总沉降的74%;(2)掌子面开挖的影响范围约为其前后15 m;(3)初期支护中拱顶及底部仰拱Mises应力较大,且初期支护交接处均出现应力集中;(4)管线中部Mises应力最大,在距离中轴线约10 m的位置出现应力最低点。     

大跨浅埋公路隧道下穿既有建筑施工的沉降控制

厦门机场下穿34号楼隧道工程,隧顶到建筑结构底3 m,属浅埋大跨下穿既有建筑物连拱隧道工程.论文根据工程类比法,采用CRD法优化隧道施工步骤;借助数值分析方法,分析既有建筑的沉降规律,把握了CRD法重点施工步骤.根据现场实测及数值模拟结果,提出了超前注浆、地面硬化及补偿抬升注浆、洞内全断面帷幕注浆、大管棚超前支护等多种施工辅助措施.实践表明,施工过程中既有建筑结构沉降得到有效控制,最终沉降量小于40 mm.     

公路隧道穿越浅埋断层破碎带工程处理技术

成(都)简(阳)快速路龙泉山一号隧道进口段施工穿越浅埋断层破碎带时揭示围岩破碎、地下水较发育,施工期间发生了喷混凝土掉块、钢架扭曲变形、拱部下沉、地表开裂等危害,严重影响了隧道结构质量及安全运营.针对发生的初期支护变形及沉降的主要原因,设计中采用了微台阶开挖工法,以及加大预留变形量、设置大拱脚、围岩注浆加固、拆换原支护等处理措施,取得了良好的施工效果.     

大直径盾构隧道穿越建筑物群变形分析与控制措施北大核心CSCD

大直径盾构隧道掘进施工对土体造成扰动,导致地表产生沉降或隆起,继而严重威胁上部建筑物群的结构安全。文章依托某大直径盾构隧道穿越老旧小区密集建筑物群工程,首先利用二维有限元软件计算关键断面房屋的沉降变形,再对比三维有限元软件的计算结果,分析两种计算方法的适用范围;然后基于三维模型探究了不同初期荷载释放率对盾构穿越引起的地表和房屋变形的影响,最后利用Peck公式计算的理论地表沉降数据,梳理初期荷载释放率、地表沉降、地层损失率三者的内部联系并提出了控制变形的相关措施。研究结果表明,初期荷载释放率越小,地表及房屋沉降也越小,对应的地层损失也越小;对于控制地表变形,减小荷载释放率等同于减小地层损失率;初期荷载释放率、地表沉降、地层损失率这三者减小的量值呈线性关系。     

大断面超小净距浅埋隧道施工过程地表沉降变形规律研究

文章基于四车道大断面超小净距的浅埋隧道开挖理论,以钦州市北部湾大道至中马钦州产业园道路工程B隧道为工程依托,对隧道在施工过程中进行地表沉降观测,研究了双侧壁导坑法施工中各施工步骤对地表沉降变形的影响规律及超小净距的邻近隧道开挖对已开挖隧道地表沉降的影响情况,并结合各测点的实测数据与太沙基地下洞室围岩压力理论,分析得到大跨度浅埋隧道开挖岩体的扰动范围。