基于统一解的盾构隧道施工引起地下管线竖向位移计算

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法,将计算结果与刘晓强方法计算结果及实测数据进行对比,并分析土质条件、管线轴线埋深、管线材质等因素对管线竖向位移的影响。结果表明:与刘晓强方法相比,基于统一解的能量变分法计算结果与实测值更加吻合;双线盾构隧道施工引起的管线竖向位移在两隧道中轴线两侧呈不对称分布;不同土质条件对管线的竖向位移和沉降槽宽度有较大影响,而不同管线埋深、材质的影响较小。     

隧道锚与隧道上下毗邻协同施工力学行为分析

为确定隧道锚与隧道上下毗邻协同施工最佳的施工工况,依托翁开高速四坪隧道工程,利用数字模拟手段对围岩竖向位移、塑性状态和初支内力进行分析,对比分析了三种不同工况下的围岩位移、塑性状态和初支内力的情况。结果表明：采用先施工主隧道再施工隧道锚,围岩的竖向位移最大;当采用先施工隧道锚再施工主隧道时,围岩的竖向位移最小还能有效减小塑性区范围,随着土体黏聚力的增大总体位移值和塑性区范围减小;上、中台阶支护连接部位内力较大,因此,应适当采取初支加强措施,保证在施工阶段支护的稳定性。     

浅埋盾构隧道近接桩基础渗流应力耦合安全性分析

对于岩土结构,水流的渗流作用往往会造成结构受力发生变化,进而引起变形。如水域中的桥梁桩基础在盾构隧道近距离侧穿施工时,地层的扰动会对群桩基础及上部结构产生不利影响。为研究渗流作用下盾构隧道侧穿桥梁基础施工的安全性问题,以某市穿越河流施工的地铁盾构隧道为对象应用有效应力原理,借助数值仿真法建立水域三维动态盾构隧道施工有限元计算模型。结果表明,浅埋盾构隧道推进过程中会使影响范围内的土体产生部分地层隆起。开挖完成后,桥面中部沉降位移较大,双线开挖最终沉降位移沿横桥向轴线对称分布。桩身纵向位移受影响最显著的是距盾构轴线2 D横向范围内,及沿桩身埋深变化的1. 5 D深度范围内区域。桩身横向位移整体呈大头型"S"分布,浅埋层桩身横向位移显著大于深埋层桩身横向位移; 15 m深度以上范围内的桩身横向位移在左线和右线开挖后的增加量约为1∶1。沿桥梁纵向延伸,桩身的竖向沉降呈现中部大于两端,即"中间大两端小"的分布形式。     

基坑开挖对临近地铁隧道力学性状的影响研究

基坑开挖对临近既有隧道影响的计算与评价是基坑工程实施过程中必须考虑的关键问题之一,以某基坑开挖为算例,按照隧道-土体-基坑围护结构共同作用,建立了三维非线性有限元模型。计算了基坑边线与隧道轴线成0°、30°、60°和90°夹角的4种工况,分析基坑与隧道轴线不同交角条件下,基坑开挖对隧道结构变形和内力的影响。结果表明：随着基坑开挖深度的增加,基坑开挖引起隧道结构变形和内力的改变更加明显;随着与基坑距离的增大,隧道结构受基坑开挖的影响逐渐减弱;隧道与基坑的相对位置不同,基坑开挖引起隧道结构的受力变形差异明显,随着二者交角的增大,隧道结构的竖向变形逐渐增大,侧向变形逐渐减小,而轴力和弯矩变化较为复杂。     

城市高层建筑近接地铁隧道施工的影响研究

为研究近接地铁隧道高层建筑施工对既有隧道稳定性的影响,以重庆市某近接地铁隧道高层建筑为例,利用大型有限元计算软件Midas-GTS建立三维有限元计算模型并开展数值模拟。数值模拟中采用的施工工序与实际工程一致,着重分析高层建筑施工各个阶段围岩变形,衬砌位移、内力的变化规律。研究结果表明:建筑物修建对左线隧道影响显著大于右线隧道;隧道衬砌最大变形出现在基坑开挖阶段,最大水平、竖向位移分别为1.45、3.64 mm;由于建筑物与隧道斜交,左、右线隧道最大位移出现断面有所不同,但均出现在距模型正面40~60 m范围内;衬砌内力随建筑物施工呈先减小后增大的趋势,基坑开挖阶段左隧道衬砌内力较隧道开挖完成时降低了15.5%。研究结果可为类似工程提供一定的依据和指导。     

基于修正剑桥本构模型的盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为了保证在我国黄土地区城市地铁盾构开挖在靠近桩基础时的安全性,降低盾构开挖对桩基础的扰动影响,基于ABAQUS数值模拟有限元分析软件,采用土体的修正剑桥本构关系,建立地铁盾构法开挖施工的三维有限元分析模型。对隧道盾构开挖过程中邻近桩基础的变形和地表沉降规律进行了计算分析。研究结果表明:隧道盾构对邻近桩基础的影响主要表现在桩基础的隧道埋深位置处,垂直隧道纵轴的水平方向(X方向)位移量上;在盾构开挖过程中,随着开挖面与桩之间距离d缩小,桩的水平方向位移逐渐增大;在d大致为[-0.5D,+0.5D]范围内时,变形最大;当d继续增大时,水平方向位移也继续增大,最终趋于稳定值。通过综合分析数值模拟计算和施工现场监测得到的地表位移变形曲线,可以发现在隧道轴线正上方位置地面的沉降最大,向隧道轴线两侧沉降逐渐减小,但在桩基附近的地表沉降相对较小,而桩顶承台也受到不均与沉降的影响产生偏移。在该隧道工程实际开挖中,需要加强承台不均匀沉降监测,以便及时采取控制措施。     

隧道开挖对邻近桩基承载特性影响分析

实际隧道地铁开挖侧穿桥梁桩基时,往往盲目地对隧道近邻桩基础先处理再施工,既无法保证隧道施工安全,也不够有效保证桩基在隧道施工期间安全等问题,本文开展了隧道开挖对邻近桩基单桩的影响研究。研究结果表明:当隧道开挖距离在桩基轴线-1. 5d(d:隧道横断面直径)和+1. 5d之间时,桩身弯矩在隧道轴线深度处出现最大值,并且桩身水平位移和桩身轴力也达到最大值;在隧道开挖断面与桩身轴线距离在1. 5d以外时,隧道开挖推进对桥梁桩基础几乎没有影响。研究成果可为累似隧道开挖侧穿桥梁桩基础工程实例设计与施工提供技术依据。     

基坑开挖对邻近地铁隧道的影响研究

随着城市建设的发展,城市轨道交通网络逐渐完善,地铁隧道在其正常运营阶段不可避免地要受到各种新建工程活动的影响,其中包括基坑工程。文中以上海地铁二号线南侧越洋广场项目基坑工程为背景,采用三维快速拉格朗日法,对基坑开挖过程进行数值模拟,结果表明,在基坑开挖过程中,基坑周围土体变形以竖向位移为主,地铁隧道的变形以水平位移为主。同时,对基坑底部土体进行预加固措施,可明显减小基坑开挖对地铁隧道的影响。     

双线盾构隧道施工对近接桥梁桩基的影响研究

以山西太原地铁2号线双线盾构隧道近距离穿越高架桥桩基为研究对象,建立三维有限元模型,考虑土仓压力、盾壳与土层的摩擦力、注浆压力的影响,模拟盾构隧道开挖掘进过程,分析桩基变形规律。结果表明:双线盾构隧道开挖完后,近接桩基承台发生的竖向位移为-3.21 mm;桩基竖向位移和垂直隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖距桩前10 m和桩后10 m之间,沿隧道开挖方向的水平位移,主要发生在隧道开挖至距桩前20 m和桩后20 m之间;垂直隧道开挖方向的水平位移和沿隧道开挖方向的水平位移最大值均出现在隧道掘进通过桩基过程中,分别达9.47 mm和-11.92 mm,均出现在隧道中心高度处;在隧道掘进过程中需采取桩基保护措施。     

基坑开挖引起复合地基下方既有双线地铁隧道位移的计算方法

为快速分析基坑开挖时复合地基及“双洞效应”对下方既有双线地铁隧道竖、横向位移的影响,首先，基于Mindlin位移解和Winkler地基模型,推导出复合地基中桩的侧摩阻力作用下单线隧道的竖、横向附加荷载,从而计算得到单线隧道竖、横向位移。然后，采用迭代法计算得到的“双洞效应”引起的隧道竖、横向位移叠加得到双线隧道总竖、横向位移，并与前人理论计算结果、监测数据对比验证。最后,分析桩参数、隧道位置改变对桩侧摩阻力和“双洞效应”引起隧道竖、横向位移的影响。研究结果表明: 1）与前人理论计算结果相比,本文理论计算结果与实测数据更吻合,且提高原有2阶段分析方法运算效率28%以上; 2）桩侧摩阻力和“双洞效应”对隧道竖、横向位移的影响是不可忽略的; 3）仅考虑上方基坑开挖对既有双线隧道位移的影响时,在施工条件和规范允许情况下,应尽量减少预先设计的两隧道之间距离,并合理选取复合地基中桩的长度; 4）迭代法比一次性法更加合理、精确，特别是计算横向“双洞效应”引起隧道横向位移时，应尽量采用迭代法计算。     

地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

类矩形盾构隧道下穿引起既有隧道竖向位移计算方法研究

为探究类矩形盾构隧道施工对既有隧道造成的影响,得到既有隧道竖向变形规律,基于随机介质理论并结合累积概率曲线计算土体损失造成的土体竖向位移,再通过转动错台协同变形模型计算既有隧道竖向位移;针对新建类矩形盾构隧道下穿既有隧道,以土体损失作为造成既有隧道沉降的唯一因素开展室内模型试验,并对拱顶位移进行施工全过程测量,将实测值与理论计算结果进行对比验证。研究结果表明： 1）理论计算结果与实测值较为吻合,证明了理论计算方法的可靠性; 2）类矩形盾构隧道下穿既有隧道造成既有隧道沉降的规律与圆形隧道一致; 3）由于土体损失,新建隧道下穿会导致既有隧道发生沉降,在新旧隧道投影交汇处的既有隧道拱顶变形最大; 4）既有隧道拱顶沉降变形随着开挖面的掘进逐渐增大,且存在一个快速变形的阶段。     

地面堆载条件下交叉穿越隧道的竖向位移计算方法研究

为研究地面堆载作用下交叉穿越隧道的竖向位移特性和快速分析评估地面堆载对交叉隧道的影响,考虑土体与隧道、隧道与隧道的相互作用,基于Boussinesq解和Mindlin解,提出交叉穿越隧道竖向位移的解析公式,并通过土与隧道的位移协调、隧道结构的弯曲变形分析进行编程求解。与地表堆载作用下的模型试验和三维有限元结果进行对比分析,计算误差在10%左右,验证本文解析方法的合理性。通过参数分析探讨交叉隧道间距及交叉角度对竖向位移的影响,结果表明： 隧道交叉穿越的相互影响导致上部隧道位移减小、下部隧道位移增大; 这种影响随隧道间距和交叉角度的减小而增大,交叉隧道由正交变为上下平行时,上部隧道最大位移减小30%,因此在小角度交叉穿越的隧道中更应考虑两隧道的相互影响。     

桥梁桩基础施工对既有明挖隧道变形影响研究

以某桥梁跨越隧道工程为研究背景,运用有限元软件模拟桥桩基础施工过程,并针对桩基础不同开挖深度对地铁隧道的影响展开对比分析,研究表明:在桥梁桩基础施工过程中,东西双向隧道拱底、隧道左、右拱腰以及桩基础周边土体变形规律均呈对称分布;靠近隧道附近施工对隧道拱底和拱腰的变形影响最大;桩基础开挖深度未超过隧道时,地表沉降与桩周土体水平位移均随着开挖深度的增大而变大,当开挖深度超过隧道位置后,地表沉降与桩周土体位移将不再受开挖深度的影响,其结论可为类似桥梁跨越隧道工程研究提供参考与借鉴。     

砂土地层盾构隧道开挖面土体应力状态分析

结合南京某越江隧道工程,建立了模拟盾构隧道开挖面失稳过程的数值模型,研究了越江盾构隧道开挖面失稳过程中土体应力变化以及由土体应力重分布引发的土拱效应。研究表明： 沿埋深由下至上,土体竖向应力随开挖面位移的增大先减小后保持不变,水平应力先减小后略微增大; 土体侧压力系数沿埋深由下至上先增大后减小; 随开挖面位移增大,开挖面前方局部土体竖向应力和水平应力同时减小,形成失稳破坏区; 失稳破坏区上部土体竖向应力减小,水平应力增大,形成拱顶区; 失稳破坏区四周土体竖向应力增大,水平应力减小,形成拱脚区,土拱效应逐渐发挥。     

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...     

水利工程中双排钢板桩支护结构性状研究

某水闸基坑工程中采用带拉杆的双排钢板桩结构解决单排钢板桩支护位移过大问题。运用有限元软件模拟排间距及被动区土体加固长度对支护结构及周边管道位移的影响,结果表明,双排钢板桩支护结构前、后排桩及桩间管道水平位移均随排间距的增大而减小,桩间管道竖向位移随排间距的增大先增大、后减小,竖向位移最大时对应的排间距与桩间土体破坏面宽度有关。支护结构及管道位移均随土体加固长度的增大而减小。通过设置合适的排间距及土体加固长度,基坑开挖变形满足规范要求并可限制桩间管道位移,供类似工程设计参考。     

ABAQUS接触非线性对隧道开挖变形影响数值模拟

为探究初期支护与围岩在不同接触类型下开挖隧道对围岩变形的影响,以某公路隧道为依托,采用ABAQUS软件建立隧道开挖支护三维模型,分别对初期支护与围岩之间绑定约束及不同摩擦系数的面面接触进行了数值模拟,分析了不同接触条件下围岩变形规律。结果表明：无论特征点的竖向位移还是水平位移,绑定约束均较面面接触小,前者约为后者75%～80%;面面接触时不同的摩擦系数各级位移极差在5 mm以内,尤其在仰拱特征点时各级位移量几乎重合;垂直隧道轴线方向地表沉降值,前者约为后者85%;隧道轴线方向地表沉降值会在第10分析步前后出现反转,开挖之初前者位移小于后者位移,开挖终了时后者位移反超前者位移。该结果可为今后类似隧道数值模拟提供参考。     

桥梁抬桩钻孔施工对临近旧桩的影响分析

以桥梁抬桩加固施工为背景,采用有限元分析方法,研究了旧桥新增钻孔桩施工过程对既有邻近桩基与及周边土体内力和变形的影响及其规律,得出了旧桩桩身弯矩、剪力、位移,以及周边土体应力、位移的变化规律。结果显示,开挖初期桩身位移较小,新桩钻孔穿出钢护筒后,桩身最大弯矩位置逐渐下移直至稳定,最大剪力显著增大,桩基及土体应力波动明显。     

盾构隧道侧穿高架桥桩基条件下群桩遮拦效应分析

为了研究土体c（黏聚力）、φ（内摩擦角）和桩隧间距X对群桩遮拦效应的影响,以合肥轨道交通1号线盾构隧道近距离侧穿高架桥桩基群工程为背景,采用三维数值分析方法,分析了盾构掘进过程中桩基的变形规律,得出以下结论： 1）桩基的位移随着盾构开挖面的靠近逐渐增大,当盾尾离开桩基所在平面后逐渐稳定; 2）土体的c、φ值对群桩桩基水平位移、竖向位移和轴力的遮拦效应影响比较大,c、φ值越大群桩遮拦效应越不明显; 3）桩隧间距X对桩基水平位移和轴力遮拦效应影响较为明显,X越小桩体变形和受力越复杂,群桩遮拦效应越明显。