大跨度过江隧道结构在地震动作用下响应分析

以南京过江隧道工程为研究对象,在复杂地质条件下,对大断面双层过江盾构隧道与竖井连接处进行三维数值模拟计算,根据分析结果提出了针对性的工程抗震措施.地震动力响应分析采用三维动力有限差分方法,对其模型输入不同方向的南京波与修正后的汶川波,得出了过江隧道结构在三维围岩环境下的动力响应、应力、变形特征等.研究表明最大压应力一般集中在拱腰处,在仰拱部位和盾构与竖井连接处会出现受拉区,最大位移一般出现在拱顶和盾构与竖井连接处;输入修正后的汶川波比南京波所引起的位移和应力都要大得多.最后提出了能进一步增强隧道抗震性能的建议.     

软土地层中盾构施工引起地表沉降的数值分析

以杭州地铁1号线某区间地铁隧道开挖为例,利用三维非线性有限元软件对地铁盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与分析,得到开挖引起隧道周围土体移动和地表沉降曲线,分析了隧道地表沉降沿横向、纵向及不同深度处地层的分布随盾构推进的变化规律,通过预测的结果,提出了控制地层变形的措施。     

考虑纵向残余顶推力的盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法

纵向抗弯刚度是盾构隧道的基本力学参数,其取值的合理性直接关系到盾构隧道纵向响应分析结果。针对盾构隧道纵向抗弯刚度取值未考虑环缝接头拉伸刚度与纵向残余顶推力的问题,提出了一种考虑纵向残余顶推力的盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法。首先,通过理论分析将盾构隧道的纵向挠曲变形考虑为均质圆管的纵向挠曲变形与管片环环缝张开导致的纵向挠曲变形两部分,并由此得到了盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法,其结果与管片材料的弹性模量、隧道外径、管片幅宽、环缝接头数量、环缝接头拉伸刚度和纵向残余顶推力等因素有关。然后,设计了可考虑环缝接头拉伸刚度与纵向残余顶推力的缩尺模型盾构隧道,并开展了纵向抗弯刚度模型试验,分别对模型隧道的纵向挠曲变形量与环缝张开变形量进行了测试。最后,通过试验数据对纵向抗弯刚度解析算法进行了验证。结果表明：模型盾构隧道实测纵向抗弯刚度与理论算法求解得到的纵向抗弯刚度基本一致;当不施加纵向残余顶推力时,随着加载的增加,盾构隧道纵向抗弯刚度总体变化不大,而当施加纵向残余顶推力时,对于相同纵向残余顶推力,盾构隧道纵向抗弯刚度随着加载的增加而减小,并逐渐趋于稳定;在盾构隧道纵向响应分析中,需要减小纵向残余顶...     

基坑开挖引起盾构隧道位移的控制措施研究

为了研究软土区深基坑施工对邻近既有盾构隧道变形影响及保护措施,以杭绍甬高速公路明挖隧道与杭州地铁1号线盾构隧道交叉节点工程为依托,采用有限元数值模拟方法,依次分析了采取不同工程措施后,盾构隧道主体结构的变形情况,并将计算最终位移变形量与实际监测位移结果进行了对比。结果表明:上方基坑开挖对下方盾构隧道的影响显著,在无任何辅助加固措施情况下,盾构隧道最大竖向变形量远超允许变形量;采用地基加固、抽条开挖、“门式框架”、及时反压等工程措施后,对盾构隧道竖向位移的控制作用显著;现场位移监测结果与数值模拟位移结果相吻合,表明本文提出的工程措施合理可行。     

明挖隧道施工期间下方共线地铁盾构区间上浮控制技术——以深圳市桂庙路快速化改造工程为例

深圳市桂庙路快速化改造工程与下卧深圳地铁11号线平面共线长达3 km。为解决上方基坑开挖过程中引起的下方既有地铁运营盾构区间上浮变形问题,在施工期对下卧盾构区间隧道进行长期自动化监测的基础上,结合数值分析计算,确定下卧地铁盾构区间产生上浮变形的原因。在对比分析开挖工况、地质条件、结构施工和开挖范围及长度等因素对盾构隧道上浮变形影响规律的基础上,结合项目施工上浮控制经验,提出三重高压旋喷桩和三轴搅拌桩地层加固、调整结构施工工序并采用分幅施工方案、提前施作竖井+抗浮板+抗拔桩等地铁盾构区间上浮变形控制措施。现场实践表明,竖井+抗浮板+抗拔桩措施对地铁上浮控制十分有效,能够确保基坑施工期间下卧地铁的运营安全。     

盾构隧道内堆载引起的隧道转动和错台变形计算

盾构隧道内堆载可以有效抑制隧道的上浮变形。为研究隧道内堆载对隧道纵向沉降及变形的影响规律，采用综合考虑管片环间错台和转动变形效应的协同变形模型，推导计算堆载引起的隧道附加荷载，通过最小势能原理求解隧道纵向沉降、环间剪切力、错台量和转角，并研究不同堆载大小、堆载长度、土质条件对隧道纵向沉降及位移的影响规律。研究结果表明： 1）采用该计算方法得到的结果与实测值和数值模拟结果比较吻合，说明方法可靠； 2）堆载引起的隧道附加应力和沉降沿隧道纵向呈正态分布，堆载中心处最大，且与堆载大小近似成正比； 3）隧道环间错台量、转角及剪切力三者变化规律相同，在堆载中心处近似为0，但在中心两侧急剧增大； 4）随着堆载长度的增加，隧道沉降量相应增大，但增大速度逐渐减缓； 5）不同土质条件对隧道堆载引起的隧道沉降量及沉降范围均有较大影响。     

砂卵石地层地铁隧道上方基坑开挖卸载影响与对策分析

在富水砂卵石地层条件下,地铁盾构隧道上方基坑大范围开挖卸载会对下卧盾构隧道产生不利影响。为确保地铁运营安全,对下卧盾构隧道隆起与变形趋势进行研究,从减小基坑开挖卸载的影响程度与增大隧道纵向刚度2方面着手,通过在盾构隧道内设置预应力锚索、轨道道床内设置暗梁结构并与管片叠合处理以及临时槽钢纵向固定等措施的综合应用,减小纵向不均匀变形趋势,同时采用管幕法超前支护形成压顶梁,并对上方基坑开挖采用"竖向分层、纵向分段、先支后挖"的基本原则,将盾构隧道的变形控制在毫米级范围,满足了地铁正常运营要求。     

盾构管片纵向接缝位置对结构内力和变形的影响分析

根据盾构隧道管片衬砌之间的连接特性、衬砌结构与土层之间的相互作用性质，提出了基于弹性地基理论的盾构隧道管片衬砌结构的梁-弹性铰-地基系统模型，并研制了相应的有限元分析程序FHEF，该模型能直接计算出盾构隧道管片衬砌结枸的轴力、剪力、弯矩和变形，将计算结果直接用于工程设计。依据二维计算模型，就盾构隧道管片衬砌结构纵向接缝不同位置对衬砌结构的内力影响进行了详细计算分析，计算结果表明，纵向接缝的不同位置对结构的内力和变形不容忽视，工程设计时应从结构设计和防水设计等多个角度来确定纵向接缝的设置，从而指导工程实践。     

盾构隧道施工地表沉降数值分析研究

隧道施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制，是隧道工程领域重要的研究课题之一。以盾构隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象，采用有限元数值分析软件模拟盾构隧道施工过程，分析盾构隧道引起的土体应力场、位移场变化，对比分析不同的地层损失、不同的土体本构模型、土体排水和不排水条件下隧道施工引起的地袁沉降变形规律，并进行了不同影响因素的敏感性分析。结果表明，地表沉降槽近似正态分布曲线，地表沉降的主要影响因素依次为隧道埋深、内摩擦角、压缩模量、粘聚力和泊松比；提出了盾构隧道施工引起的地表沉降计算模型，并采取有针对性的措施来减少地表沉降，减小对周围环境的不良影响。     

新建路基开挖换填对下方既有盾构隧道影响研究

依托南京市某市政道路上跨既有超大直径盾构隧道工程,分别采用二维梁-弹簧法与三维有限元法对路基开挖与回填等工况进行数值模拟,分析了不同工况下既有盾构隧道衬砌结构的受力与变形情况,并对其安全性进行评估。结果表明:新建路基换填采用轻质泡沫土的处理方式安全可行;既有盾构隧道结构受力及变形均在规范允许范围内;新建路基工程不会对下方的盾构隧道结构造成安全影响。