坡度因素对雪峰山隧道开挖面最小支护力的影响研究

在引用Horn筒仓模型的基础上,首先引进隧道开挖面处的坡度角对模型进行改进;然后根据极限平衡条件对模型在开挖面处进行空间受力分析;最后推导出不同坡度下开挖面所需最小支护力的表达式。并以雪峰山隧道为例进行设计计算,计算结果表明:在坡度值变化范围不大的条件下,隧道坡度与隧道开挖面所需的最小支护力近似成线性关系。最后与简化计算公式对比分析,验证了推导表达式的实用性和准确性。     

盾构上跨复合岩土层既有隧道管片力学分析

目前,地铁隧道采用盾构法施工趋于常态化,但传统荷载体系在复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力计算中还存在一定局限性。为解决该问题,本研究通过修正惯用法与梁-弹簧模型的优缺点,提出了关于盾构上跨复合岩土层既有隧道管片的荷载体系与计算方法,并依托长沙地铁4号线圭塘站区间隧道工程,采用有限元模型对比分析了梁-弹簧模型与本方法结果。研究结果表明:穿越盾构后,既有隧道竖向位移趋势明显,盾构隧道管片位移引起拱顶与拱底的地层被动抗力不可忽略。梁-弹簧模型夸大了盾构隧道拱底处的主动土压力,未考虑到下部岩层对盾构隧道管片切向变形抑制较弱,且其对切向弹簧的设置不合理。本方法更符合复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力情况,该结论可为类似工程提供参考。     

基于FDM-DEM耦合的盾构开挖面前方土体三维位移特性研究

盾构隧道施工本质上是在三维空间中利用机械实现动态掘进的过程。为了研究盾构施工对开挖面前方土体的位移影响，基于有限差分法(FDM)与离散单元法(DEM)开展了多组三维连续-离散耦合数值计算，并结合现场监测，提出相应的施工建议。首先，基于弹性力学的Mindlin解，综合考虑盾构顶推力、辐条式刀盘摩阻力和盾壳摩擦力对土体位移的共同作用；基于三维镜像法和球孔收缩问题推导了地层损失引起的三维土体位移场表达式，建立了开挖面前方土体三维位移完整解析公式；其次，为了同时满足工程分析尺度和反映土体细观力学特性需要，引入新版连续-离散耦合技术。依托工程实例，通过三维单剪模拟试验与室内直剪试验对离散域内的颗粒细观参数进行验证。最后，基于三维位移解析解和连续-离散耦合模型分析了开挖面前方土体位移特性及不同盾构顶推力、刀盘转速和推进速度下的三维土体位移特征。结果表明：三维位移解析解和连续-离散耦合的计算结果均与实测值匹配程度较好；在盾构掘进过程中，地表沉降量逐步增大，盾构开挖面通过后沉降量得到暂时控制；顶推力过大容易使开挖面前方H/4～5H/4范围内地表出现局部隆起现象；刀盘转速的提高会加大地表沉降量，使沉降槽...