流固耦合作用下浅埋近接双线盾构隧道开挖扰动分析

依托广佛环线沙堤盾构隧道工程,通过FLAC3D软件的流固耦合模块,分析了富水地层浅埋近接双线盾构隧道开挖的应力场、渗流场和位移场的扰动行为。研究结果表明:屈服接近度可以作为从应力状态角度分析隧道开挖扰动行为的定量指标;随着横向净距的增大,左、右线隧道开挖对地层渗流场的扰动趋向于单线隧道开挖对渗流场的扰动特征,隧道施工引起的地表沉降槽曲线逐渐由深“V型”趋向于“W型”分布;当横向净距大于1.5 D时,左、右线隧道开挖引起地层扰动的叠加效应较小。     

前海湾大直径盾构隧道局部渗流对周边建筑物的影响分析

为了研究运营期的大直径盾构隧道局部渗流对周边建筑物产生的影响，依托深圳前海湾大直径盾构隧道项目，基于流固耦合理论，利用ABAQUS有限元软件建立大直径盾构隧道局部渗流的二维实体模型，分别对不同位置的接头渗水进行计算分析。计算结果表明，渗水位置对地表沉降的影响较大，渗水位置越靠近隧道顶部地表，不均匀沉降越明显且最大沉降量越大。因此，渗水位置越靠近隧道顶部时，长期固结沉降导致的周边建筑物倾斜程度越大，越不利于建筑物的稳定性。以倾斜程度作为建筑物破坏等级的评判标准，通过局部渗流引起的地表沉降曲线计算出不同位置处的建筑物的倾斜程度，基于经验判断法，给出建筑物与隧道中心之间最小安全距离的保守估计值。     

考虑盾构隧道轴线倾角的施工地表变形评价

针对盾构掘进过程中地层损失引起的地表变形,目前的理论解析法均假设盾构沿水平线进行掘进,尚未考虑盾构施工角度因素对地表变形的影响效应。基于修正源汇法公式,引入盾构俯仰角、隧道轴线倾角因素,通过离散方法建立考虑隧道轴线倾角的地表变形计算公式。通过基于实际工程参数的数值模拟计算及工程监测数据对提出的方法进行有效性验证,在此基础上深入分析隧道轴线倾角对地表变形的影响规律。分析表明,隧道轴线倾角对地表变形有明显影响:纵断面上,倾角直接影响地表变形曲线的斜率;横断面上,随着倾角增大,地表最大沉降越大,沉降槽越窄,变形曲线越尖锐。提出的考虑盾构隧道轴线倾角的施工地表变形评价方法能够反映实际施工时角度因素对地表变形的影响。     

道路荷载及地下水渗流对盾构隧道围岩稳定性影响

以郑州航空港线地铁为工程实例,基于FLAC3D的有限差分的数值模拟方法,模拟分析了道路荷载下盾构隧道施工过程中围岩稳定情况,并分别采用不考虑地下水和考虑地下水渗流分析时,围岩稳定性的异同,分别从洞室水平竖向变形以及地面沉降等方面对比了围岩的稳定情况,重点分析了盾构隧道施工过程中围岩变形及对既有高速公路的影响和地下水对盾构隧道施工过程中围岩稳定性的影响,为盾构隧道的施工提出了建议。     

基坑开挖对邻近地铁区间隧道的影响分析

在深基坑工程施工中,基坑降水开挖会使得周围土体产生沉降。特别是当基坑邻近既有地铁区间隧道时,其开挖过程对隧道变形的影响更应得到重视。以沈阳地铁二号线邻近的恒隆广场深基坑工程为背景,通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟。结果表明:富水砂层地质条件下,降水开挖后地表沉降整体值并不是很大;通过不考虑流固耦合和考虑流固耦合的对比分析,得出不能忽视降水对周围土体扰动及区间隧道变形的作用;区间隧道主要以水平位移为主;在施工中,要着重对与基坑距离最近的右线隧道进行监测。     

考虑流固耦合效应的基坑开挖施工对地铁隧道结构影响分析

邻近地铁沿线的建设工程施工不可避免地会对已建成的地铁结构设施的安全和运营产生影响,为确保地铁结构设施的稳定和运营安全,需要对建设工程的设计、施工方案进行审查,评估工程施工对地铁结构设施的影响。以某工程为例,运用流固耦合分析方法研究了在地下水作用下,考虑水和岩土体耦合作用的基坑开挖过程对地铁隧道结构的影响,并分析了桩基础施工对地铁隧道结构的作用效应。基坑开挖过程中降水会引起基坑范围内较大幅度的地表沉降,该过程与基坑开挖卸荷效应联合作用,对地铁隧道结构的变形应力产生复杂的影响;另外,邻近地铁隧道结构的桩基施工加载也会引起隧道结构的下沉变形,需要在实际工程中予以重视。     

流固耦合下的软弱围岩隧道施工工法优化研究

CRD法和双侧壁导坑法在无水条件下对隧道围岩稳定性有很好的控制效果,但是在流固耦合条件下的软弱围岩环境,两种工法对围岩稳定性的影响不同。以内蒙古金盆湾公路隧道为依托,采用差分软件FLAC3D,在流固耦合效应情况下,对深埋隧道进行两种工法开挖模拟,对隧道关键点进行监测,分析开挖过程中的渗流变化、拱顶沉降、地表沉降、应力分布和塑性区。计算结果表明:两种工法开挖后软弱围岩呈现大面积的X形剪切带。双侧壁导坑法对渗流场影响较小,拱顶位移和地表沉降为CRD法的63%左右,且在开挖过程中拱顶最大最小主应力较小,但在导坑钢架与初期支护连接处易出现较大拉应力集中,塑性区面积小于CRD法,综合表明更有利于围岩稳定性。     

基于流-固耦合效应软弱围岩隧道CRD法开挖变形分析

以广东某高速公路弱质围岩隧道为工程背景,基于流-固耦合分析相关理论,对弱质围岩隧道CRD法开挖进行稳定性分析。运用FLAC3D软件分别在考虑渗流效应和不考虑渗流效应时,进行三维数值模拟,得到了相应的孔隙水压力和位移场变化特征,研究了渗流效应对隧道CRD法开挖过程中位移场的影响和在渗流效应下CRD法开挖隧道的变形控制。     

地铁盾构隧道施工引起地表沉降机制及数值分析

针对黄土地层中盾构施工引起地表沉降问题,通过理论分析和数值模拟方法,探讨了盾构隧道地表沉降机制,分析了盾构隧道地表沉降预测解析方法,研究了等代层模量与土舱压力对地表沉降槽宽度和最大沉降量的影响。研究表明:盾构隧道施工工艺中,土舱压力和等代层是主要影响地表沉降的因素,然而,盾构施工地表沉降预测方法中未考虑这两个因素的影响。土舱压力与等代层模量对地表最大沉降量影响较大,对地表沉降槽宽度和范围影响较小。在实际盾构隧道开挖施工过程中土舱压力应在0.8~1.2倍静止土压力之间,对地表最大沉降影响较小。研究成果对完善盾构施工地表沉降预测方法和施工工艺具有一定的理论价值。     

盾构隧道结构计算分析方法研究

为了应对盾构隧道因复杂赋存环境、多元结构形式及使用功能所面临的计算模型精细化、荷载取值合理化、计算模型精准化等高要求,通过调研盾构隧道结构分析方法的发展现状,综述了当前盾构隧道结构计算分析中荷载计算方法,并结合近10年来笔者所开展的相关研究工作对盾构隧道静、动力分析方法与计算模型进行了汇总和梳理。在盾构隧道荷载取值方面,阐述了深层空间水土荷载作用机理、施工阶段流固耦合效应以及岩质地层地震荷载合理取值等方面的问题及进展;在结构分析理论及模型方面,重点论述了盾构隧道整体化分析方法的内涵及思路、盾构隧道复杂接缝面力学行为、基于接头非线性抗弯刚度计算的结构分析方法以及结构整体受力特征及破坏模式的试验与实测手段验证三方面取得的成果;综述了以地层-结构组合体系反应位移法和纵向广义反应位移法为代表的盾构隧道横、纵向抗震分析方面的研究成果,并对盾构隧道结构分析中考虑耐久性因素的研究现状做了介绍。最后,针对大深度、高水压、特殊环境等盾构隧道工程的建设形势,展望了盾构隧道结构分析方法的发展趋势。     

小净距公路隧道中岩柱对地表沉降变形规律研究

为研究中岩柱对围岩稳定性与整个隧道的影响,依托重庆市九龙坡区新九路隧道为工程背景,通过MADIS-GTS模拟中岩柱在不同加固形态及不同加固高度下隧道地表沉降的变化规律,与实际施工监测数据进行对比分析。结果表明:1)小净距隧道地表沉降曲线受隧道埋深影响较大,当埋深较小时,双洞开挖后地表沉降曲线整体上呈不对称的"W"形,中岩柱在先行洞和后行洞之间起到杠杆支点的作用效应明显;当埋深较大时,整个沉降曲线大致呈对称的"U"形,在两隧洞上方一定高度形成共同压力拱,中岩柱被包围在压力拱内,从而导致地表沉降曲线中中岩柱支点效应被弱化,土拱效应明显。2)在小净距隧道施工过程中,浅埋隧道最优加固方案为中岩柱加固至地表且与拱顶为界;深埋隧道最优加固方案为以侧墙为界加固至拱顶。     

硬岩地层盾构机掘进技术探讨

盾构施工工法因其地表占地小、不影响地面交通、对周边环境影响小等优点,成为城市地铁施工的首选方法。盾构机的设计比较适合软岩施工,但是城市地下环境极为复杂,软硬岩交错,盾构机不可避免的在硬岩地层施工。通过借助现场施工实例,对施工数据进行分析研究及经验总结,摸索出一套盾构在硬岩地层的掘进施工技术,并在实际工程中取得了良好的效果:刀具损坏现象明显减少,施工成本有效降低,施工效率明显提高,为今后类似工程提供借鉴、参考。     

渗流作用下盾构隧道地表变形规律研究

在泥水平衡盾构工法中，通常会用密封舱的泥浆来平衡开挖面的水土压力，从而达到控制地表变形的目的，因此，泥浆压力的选取十分关键。为了解决工程中泥浆压力的选取问题，采用理论分析方法，结合泥水盾构隧道开挖面平衡稳定原理，对泥浆在开挖面上的3种形态进行对比分析，结果表明，“渗透模型”在工程中广泛存在，且渗透作用会导致开挖面稳定性减弱。基于“渗透模型”,采用FLAC^3D软件进行流固耦合计算，结果显示，渗流作用下地表最大沉降随泥浆压力的增大而减小，当泥浆压力达到一定限值后(本工程背景下为400 kPa),地表最大沉降值不再减小，该研究解决了合理确定泥浆压力控制地表沉降的难题；通过分析盾构掘进过程中岩土体应力状态分区和地表沉降云图，构建了地表沉降范围预测模型，模型理论计算结果与数值模拟结果吻合良好，该模型可用于泥水盾构隧道施工引起的地表沉降范围预测。此外，在泥浆压力为400 kPa时，采用数值计算方法进行了泥浆渗漏计算，结果表明泥浆渗漏上边界距水库底面7.5 m,不会对保护区水体造成污染。该研究结果可为泥水平衡盾构施工中泥浆压力的选取、地面沉降范围的确定以及泥浆渗漏的影响这3个施...     

合肥地区复合地层盾构掘进参数控制研究

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D 岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层 3 种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C 和壁后注浆压力p 对地表沉降和围岩变形 响应的影响规律。研究结果表明: 1)支护力N 和注浆压力p 对地表沉降的影响受地层和埋深的限制较大,收缩率C 则相对较小; 2)从地表沉降上看,盾构掘进参数(N、C、p)对软土层的影响最大,复合地层次之; 3)p 对管片上浮和管片内力的影响显著,不宜设 置过高,软土层对p 最为敏感,硬岩和软硬复合地层次之。最后,将这些影响规律应用于合肥地铁4 号线某区间的盾构掘进参数控 制中,结合现场数据分析,结果表明盾构掘进姿态正确,地表沉降稳定,掘进参数合理可靠。     

盾构隧道下穿既有铁路路基及框架箱涵地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿施工对地表沉降影响，依托武汉地铁3号线区间盾构隧道工程，运用ANSYS有限元软件对盾构隧道在不同埋深条件下下穿路基和箱涵进行模拟，得到了不同埋深盾构隧道下穿施工对既有的路基和箱涵及对应地表沉降扰动规律，将对应的地表沉降与Peck公式预测的地表沉降进行对比分析，总结了盾构下穿施工与Peck公式预测的地表沉降之间异同。结果表明:①随着埋深的增加，盾构隧道下穿施工导致地表沉降减小，沉降槽宽度逐渐增加；②先行线对地表沉降的影响较后行线大；③盾构隧道下穿箱涵施工的地表最大沉降与Peck公式预测值十分接近，而隧道下穿路基的地表最大沉降比Peck公式预测值偏小。     

软硬不均地层盾构近接下穿施工掘进参数优化分析

盾构法修建城市地铁时,盾构掘进参数对于控制地表沉降、保证施工安全等具有重要影响。以深圳地铁7号线盾构隧道下穿既有2号线为工程背景,针对在软硬不均地层情况下盾构隧道下穿既有隧道及过街通道,运用ABAQUS建立三维计算模型,对盾构施工进行全过程模拟及掘进参数优化分析。研究结果表明:①土仓压力及注浆压力对过街通道沉降相对于地表影响较大,施工过程中应当注意对过街通道底部进行监测;②对于软硬不均地层盾构下穿既有隧道及过街通道采用0.30~0.40 MPa土仓压力以及采用0.25~0.30 MPa注浆压力施工较为合理     

深孔松动爆破技术在盾构穿越长距离硬岩段工程中的应用

以深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站区间工程为例,介绍盾构隧道掘进遇到较长突起硬岩时采用深孔爆破对盾构隧道掘进范围内的硬岩进行松动处理的技术。结合突起硬岩的高度和强度,采用了不同间距的爆破布孔方式和先弱后强的起爆顺序,将隧道掘进范围内555 m的硬岩段处理成小于20 cm的碎块,确保盾构掘进时能快速、顺利通过,证明了深孔松动爆破技术是确保盾构在长距离硬岩段中顺利掘进的重要辅助措施。     

管棚预支护条件下水下隧道开挖面三维稳定性分析

基于塑性极限分析理论,建立了考虑渗流力的管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析模型,由此确定开挖面的极限支护压力。结合深圳地铁实际工程,采用该方法计算得到的开挖面极限支护压力与流固耦合数值计算结果吻合较好,验证了该方法的合理性,进而研究了管棚预支护对隧道开挖面渗流力的影响,分析了地下水位和管棚剩余长度与开挖面渗流力的关系。分析结果表明:渗流力对隧道开挖面稳定性有显著的影响,而且渗流力与地下水位呈线性关系,当隧道在富水地层施工时,必须考虑渗流力对隧道开挖面稳定性的影响;采用管棚预支护可以显著地减小隧道开挖面处的渗流力,但当开挖面前方管棚剩余长度超过2倍洞径时,再增加管棚长度对减小开挖面渗流力的效果不明显。     

考虑注浆填充率的大直径盾构管片上浮解析解与应用

大直径盾构隧道管片上浮问题是目前隧道建设难点。以大直径盾构隧道施工阶段管片上浮问题为背景,研究硬岩地层大直径盾构管片上浮影响因素,并考虑管片壁后同步注浆的填充效果,深入探究大直径管片上浮规律,为盾构施工速度和注浆效果的控制提供参考依据。根据硬岩地层大直径盾构注浆填充率不足的特点,从管片横向受力角度建立单环管片上浮计算公式。基于弹性地基梁理论建立隧道纵向上浮分析模型,通过梁的挠曲线微分方程并结合边界条件与变形协调方程,推导出考虑浆液填充率和时效性的管片上浮变形及内力的简易解析解,进而采用总量法获得了隧道纵向多环累计上浮量。结合工程实例进行了参数敏感性分析,研究结果表明：隧道管片上浮解析解的计算结果与实际工程监测数据吻合良好,能够有效揭示隧道上浮过程中的变形规律、管片弯矩和剪力变化特征;上浮规律表现为激增段、缓降段和平稳段;浆液填充率、时效性和地基基床系数对大直径盾构上浮比较敏感,盾体间隙的增大易导致填充率不足,同步注浆应严格控制注浆压力和注浆量;浆液初凝时间和掘进速度直接决定单次注浆影响范围和上浮力大小。研究结果可用于盾构隧道管片上浮及变形预测,在掘进过程中可根据影响因素与上浮关系进一步调整施工参数,对大直径盾构隧道设计与施工具有一定指导意义。     

隧道开挖及疏水引起的地表沉降与变形

应用随机介质理论、渗流理论和岩土固结理论，推导了隧道开挖疏水渗降漏斗曲线方程和考虑水渗流作用的隧道周边岩土体中有效应力的计算公式，并由此推导了隧道疏水地表沉降和水平位移计算公式；最后利用叠加原理，导出最终的地表沉降及水平位移计算公式。通过对某工程实例的计算分析，验证了该方法的正确性。结果表明：隧道开挖疏水产生的渗流对地表沉降的大小和范围影响明显。