黄土地区地铁行车荷载作用下地表响应的数值计算研究

文章以黄土地区的西安地铁2号线为背景,通过建立列车-轨道-地基系统分析模型,模拟地铁行车荷载;基于动三轴试验结果推导并导入长期循环荷载作用下黄土土体的材料力学模型;针对研究对象设置合理的计算参数,特别是人工非线性粘弹性边界条件等一系列数值计算条件,建立了考虑隧道与周围土层动力相互作用的数值分析模型,从而对黄土地区地铁行车荷载作用下地表振动响应规律进行了研究;并对列车单向运行和双向运行时在不同速度、不同加载情况下地表振动响应的变化进行了分析对比。     

考虑施工扰动影响下地铁工后沉降及孔压变化数值分析

目前,地铁施工引起的地基土变形和孔压变化已受到广泛重视。文章依据Henkel提出的三向应力条件下的超孔隙水压力理论,求得隧道起拱线处初始超孔隙水压力,通过MIDAS-GTS建立三维有限元模型,对杭州地铁工后固结进行数值模拟,分析了受施工扰动影响的工后不同时间段内地基土沉降和孔压分布规律。结果表明:施工完成后,土体中的超孔压分布呈左右对称分布,且孔压的消散程度与地基土固结度基本一致;固结沉降主要发生在盾构掘进初期,最大值出现在地表处;固结度越高,由地铁运行所引起的孔压变化量越小。     

地铁隧道运营中复杂软土地层的动力响应

随着滨海城市地铁与地下空间开发在广度和深度上的发展,软土地层中地铁运营对周围岩土环境带来的力学问题备受关注。文章采用可以描述土体循环交变荷载作用性质与长期累积变形特性的移动硬化弹塑性本构模型,建立有效应力框架下的水-土耦合有限单元-有限差分数值模型,并选取合适的轨道基床振动荷载,对埋置于复杂软土地层中的苏州地铁一号线运营中轨道振动荷载长期循环作用下隧道周围土体动力学响应进行分析研究,包括土体有效应力响应变化特征、超孔隙水压发展规律以及地层沉降等。随着地铁振动荷载循环次数增加,土体沉降位移与超孔隙水压持续增大直到稳定状态。其发展规律表明,地铁运营振动荷载对周围岩土环境影响范围大,持续时间长。尤其是渗透性较小的软土地层,长期循环荷载作用下土体累积塑性变形引起的地层沉降稳定性成为地铁隧道运营不可忽略的重要问题。本研究可为地铁隧道运营中的地层环境安全与稳定性评价提供一种合理有效的分析预测方法。     

地铁隧道运营中复杂软土地层的动力响应北大核心CSCD

随着滨海城市地铁与地下空间开发在广度和深度上的发展,软土地层中地铁运营对周围岩土环境带来的力学问题备受关注。文章采用可以描述土体循环交变荷载作用性质与长期累积变形特性的移动硬化弹塑性本构模型,建立有效应力框架下的水-土耦合有限单元-有限差分数值模型,并选取合适的轨道基床振动荷载,对埋置于复杂软土地层中的苏州地铁一号线运营中轨道振动荷载长期循环作用下隧道周围土体动力学响应进行分析研究,包括土体有效应力响应变化特征、超孔隙水压发展规律以及地层沉降等。随着地铁振动荷载循环次数增加,土体沉降位移与超孔隙水压持续增大直到稳定状态。其发展规律表明,地铁运营振动荷载对周围岩土环境影响范围大,持续时间长。尤其是渗透性较小的软土地层,长期循环荷载作用下土体累积塑性变形引起的地层沉降稳定性成为地铁隧道运营不可忽略的重要问题。本研究可为地铁隧道运营中的地层环境安全与稳定性评价提供一种合理有效的分析预测方法。     

地面超载对大型盾构施工扰动位移的影响

上海军工路越江隧道工程中泥水系统由于地面条件所限,布置于施工隧道上方,紧临防汛墙的盾构隧道施工影响区域内。泥水系统庞大的自重荷载及设备振动荷载造成地面超载,从而对周围土体产生扰动,造成较为复杂的位移,影响施工过程。本文通过对该隧道工程施工过程中地面超载条件下土体扰动位移进行监测,来研究位移变化规律,分析变化原因,预测发展趋势。     

基于动荷载的交叠盾构隧道两阶段安全分析

为研究富水砂层地铁隧道在动荷载作用下施工和运营阶段共同作用的安全问题,以南京地铁5号线下穿既有地铁1号线为例,建立交叠隧道数值模型,分别对两阶段共同作用下的地铁沉降及运营期疲劳寿命进行了探讨和分析。结果表明:(1)下穿施工期间隧道沉降最大值为7.5 mm,采用洞内微扰动注浆+内张钢圈的设计方案可有效控制本阶段隧道变形;(2)5号线运营后,1号线隧底第1年沉降占比最大,约占10年期总沉降的65%,后沉降变化速率逐步收敛;(3)新建地铁5号线通过壁后注浆可大幅降低1号线长期运营沉降,确保1号线长期运营安全;(4)交叠处管片疲劳寿命最小,远离交叠区疲劳寿命越来越大,本工程整体性能满足结构设计使用年限要求。     

可调节配重顶进技术在箱涵上穿地铁隧道施工中的应用

北京城市副中心地下综合管廊工程在运河东大街处上穿北京地铁6号线郝家府站—东夏园站盾构区间,设计采用箱涵顶进方法,箱涵顶进过程中极易造成穿越段地铁区间隧道竖向位移超标。文章详细介绍了结构配重、顶力计算、顶镐配置等关键施工技术以及箱涵结构轴线和高程变化的控制要点。通过对顶进范围两侧土体进行高压旋喷桩加固,对箱涵底板下方土体进行深层注浆加固,减小了两侧土体因开挖位移产生的摩阻力,有效改善了地铁隧道上方地层的承载力。施工监测数据表明,顶进开挖引起的既有地铁隧道的变形量严格控制在地铁运营及设计要求范围内。     

盾构掘进参数对地表沉降的影响分析

盾构法作为地铁隧道施工的一种主要施工方法已在我国得到广泛的应用,由施工引起的地层移动和地表沉降是盾构隧道设计和施工中备受关注的问题.文章以深圳地铁5号线洪浪-兴东盾构区间下穿广深高速公路立交桥隧道施工为工程依托,通过数值模拟和现场监测,对影响地表沉降的掘进参数进行了模拟分析.计算结果表明,地表下沉与盾构掘进参数密切相关,适当加大注浆压力能有效控制地表沉降;同时,土舱压力与土体原始侧向压力接近时地表沉降量最少.实测地表沉降与掘进参数的关系表明,当注浆量一定时,地面沉降随土舱压力的增加而减小;地表沉降随着注浆量及注浆压力的增大而减小.     

上跨地铁隧道的转换结构基础施工与附加荷载影响分析研究

上跨地铁隧道的转换结构施工会对下方地铁隧道结构造成影响:(1)转换结构基础的开挖施工卸荷会引起下方隧道结构的上抬变形;(2)高层建筑的荷载传递到转换结构,会引起大跨转换结构的挠度变形,转换结构与下方岩土体材料接触后会对下方地铁隧道结构产生附加荷载。基于此,文章以深圳某上跨地铁隧道工程为例,全过程模拟分析了地铁隧道正上方转换基础基坑开挖卸荷和地下水下降的耦合影响效应,并对转换结构铺设在褥垫层和直接铺设在岩土基础上的两种工况进行了对比分析,结果表明:转换结构铺设在褥垫层上会有效减小传递到地铁隧道结构的附加荷载,转换结构由于竖向挠度变形对下方地铁隧道产生的附加荷载的影响不容忽视。     

上海市轨道交通4号线盾构隧道穿越地铁运营线路的监护工程

轨道交通4号线盾构隧道从正在运营中的2号线隧道下方垂直距离1．03m处呈小角度小转弯半径通过,穿越是在没有进行地基加固的条件下完成的,对2号线安全运行威胁很大。穿越前,我们对工程施工进行了较充分的论证和分析,并预估盾构推进对2号线隧道可能带来的影响,制订了科学严密的信息化施工方案和施工措施。严格按照“分步慢速推进,均匀小步转弯,保持稳定压力,适时适量注浆,少量低压地基加固”的施工技术要点组织施工。在保障2号线运营安全的前提下,顺利地完成了盾构穿越施工。     

盾构隧道施工引起周围土体超孔隙水压力的分析

盾构隧道施工在推进过程中将不可避免地对周围土层产生扰动,从而在土体中产生超孔隙水压力,导致后期固结沉降。文章基于修正剑桥模型,采用应力路径法,对盾构掘进产生的超孔隙水压力的大小、扰动范围以及分布规律等进行了计算分析,从而得出了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力峰值;同时,通过考虑开挖面土舱压力、隧道中心处土体的静止土压力及土体粘聚力等因素的影响,确定了盾构施工引起周围土体超孔隙水压力的影响范围;在不考虑纵向渗流的前提下,根据达西定律原理推导得出了隧道周围土体超孔隙水压力的分布规律。结合算例分析表明:采用应力路径法得到的隧道周围土体超孔隙水压力的峰值与隧道的埋深呈线性关系;随着隧道埋深的增加,盾构施工对土体的扰动范围及超孔隙水压力的峰值都在不断增加;但超孔隙水压力的变化趋势随隧道埋深的增加逐渐变缓,当H/D=1.5时超孔隙水压力的变化趋势近似为线性。     

盾构法隧道穿越保护建筑的三维数值模拟

既有建筑物的存在,不仅改变了地表沉降槽的形式,而且极大地减小了相关测点的水平位移。采用应力路径法,对隧道施工导致土体扰动情况进行了分析。虽然隧道施工引起土体应力释放并导致土体变形,但在隧道施工过后,隧道周边各区域土单元体在p-q应力空间内的应力状态以向远离土体破坏线的区域发展为主。施工过程中进行全程监测,计算结果与监测结果吻合较好。     

上海地铁隧道某区段不均匀沉降的成功治理

由于施工扰动和列车的运营震陷影响,当前运营隧道线路上一些地段存在程度不同的隧道不均匀沉降,从而引起道床与管片脱开、隧道纵缝张开、隧道渗漏水等情况。运营隧道的过大不均匀沉降如不及时控制,任其发展,将严重影响地铁结构及运营安全。通过上海地铁某区段双圆隧道不均匀沉降注浆治理工程实践,探讨了软土地区地铁隧道结构不均匀沉降的控制措施,对其注浆工艺和方案的进一步总结,可以为今后其他线路区间隧道结构整治提供参考。     

邻近隧道及周围地层受深基坑开挖影响的现场监测研究

深大基坑施工诱发的运营隧道变形以及周围土体沉降等施工问题,在我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中受到日益关注。文章基于上海市交响乐团在建基坑工程,结合运营隧道以及基坑围护结构监测数据,分析了基坑不同开挖阶段周边地表沉降、地下连续墙变形、运营隧道收敛变形以及竖向位移的规律和特点。实测结果表明:周边地表总体呈下沉趋势,大致呈抛物线型分布;坑外土体侧斜和围护墙体侧移具有基本相同的变化规律,且均向基坑内侧移,开挖深度对土体侧移的影响并不是简单的线性关系;隧道的水平附加收敛表现为向外拉伸,随基坑开挖的进行,收敛变形增幅明显;隧道净沉降曲线与基坑周围土层、围护结构变形曲线的变化趋势具有较好的一致性;地下连续墙两侧SMW工法加固可有效控制隧道、坑外地表以及地下连续墙的变形。研究成果可为正确制定软土城区基坑施工对邻近地铁隧道的保护措施提供一定的理论依据。     

邻近建筑物盾构隧道开挖引起的地表沉降预测研究

城市地铁区间施工主要以盾构法为主,但盾构法施工会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响。目前对邻近建筑物地铁隧道施工引起的地表沉降分布规律研究偏少,且Peck经验公式在预测沉降时忽略了建筑物的存在及其刚度的不同对沉降分布曲线的影响。文章通过分析盾构隧道开挖邻近建筑物时引起的土体变形规律,得出如下结论:当地表沉降分别呈"塞形分布曲线"、"偏态分布曲线"和"正态分布曲线"的变化时,隧道分别在位于建筑物正下方、扰动范围内以及扰动范围外的三种工况下进行施工,同时给出了"塞形分布曲线"和"偏态分布曲线"的计算公式及相关参数。通过分析算例验证盾构隧道开挖位于建筑物不同位置处引起的地表沉降呈"塞形曲线"、"偏态曲线"和"正态曲线"分布的合理性,可为邻近建筑物隧道施工及设计提供理论指导。     

双线并行盾构隧道横向地震响应规律研究

为研究双线并行盾构隧道的横向地震响应规律以及隧道—土体—隧道的相互作用机理,文章以深圳地铁13号线区间盾构隧道工程为背景,运用MIDAS/NX有限元模拟软件,计算分析日本阪神波及北京人工波下不同角度并行的双线盾构隧道地震响应规律。结果表明:与单线隧道相比,双线并行的空间组合方式对土体的动力响应具有放大效应,尤其是近距离隧道的中夹土;水平并行隧道动力响应最大,是线路抗震设计的最不利组合方式;双线隧道靠近侧的X型区域内力与变形最大,是结构抗震设计的薄弱环节;隧道—土体—隧道相互作用区域可根据距径比划分为3个等级:严重影响区、中度影响区及轻微影响区。     

基于损伤理论的高速铁路隧道结构振动响应分析

基于Mazars损伤模型和Loland损伤模型,文章将损伤变量引入到Drucker-Prager本构模型中,构建了混凝土材料的弹塑性损伤本构关系,并在FLAC5.0二次开发平台上实现了该损伤模型的计算程序化。利用开发的损伤本构模型,对武广客运专线上某典型高速铁路隧道结构的振动响应进行了计算分析,量化了衬砌结构的动力损伤量,为高速铁路隧道结构寿命预测及结构耐久性评定奠定了基础。计算结果表明,由列车振动荷载引起的隧底沉降和洞周变形很小,均在4 mm以内;列车振动荷载对衬砌结构的不利影响主要表现为结构拉应力增加;衬砌结构的最大损伤主要集中于仰拱迎土侧;振动产生的应力波在衬砌结构内部衰减非常快,列车振动荷载只对隧道底部局部产生一定的影响。     

盾构下穿越已运营隧道的地表变形实测分析

文章基于盾构理论依据,结合上海市轨道交通7号线沪南路-白杨路区间隧道监测实际,对双线盾构下穿越已运营隧道施工引起的地表变形规律进行了探讨,分析盾构隧道下穿越施工引起土体移动的影响因素,为今后同类工程的设计与施工提供参考。     

土体力学参数随隧道施工动态变化对地层扰动影响的研究

文章基于土的三相体系,并依据隧道施工对土体扰动区域的划分,推导得出土体孔隙比与体应变的关系;运用有限元法计算不同区域的体应变,参考土体力学参数与孔隙比的关系,计算扰动土体力学参数在隧道开挖前后的变化,进而研究考虑土体力学参数变化与否对地层扰动的影响差异。计算实例分析表明:相对于假设隧道开挖过程中土体力学参数恒定的情况,在考虑土体力学参数改变情况下地表最大沉降增大8.1%,塑性区域范围面积增大55.6%。     

东方路下立交工程施工期间的地铁监护

东方路下立交工程从地铁2号线隧道上方2．6m左右的位置斜穿通过,土体开挖深度达到6．3m,卸载超过11t,对地铁2号线运营安全影响较大,施工难度大和施工风险较高。根据地铁保护要求,建设设计和施工单位对此做了深入的工作,使工程顺利完成,确保了地铁安全。