渝中城项目超深基坑开挖及超高建筑群加载对既有隧道影响分析

随着土地资源利用趋于饱和,在既有隧道上开挖超深基坑和修筑超高层建筑群已成为中心城市发展的一种趋势,确保既有隧道的安全运营是项目开发建设的前提条件。以渝中城大型城市综合体项目及下穿公路隧道为研究背景,采用Midas/GTS有限元软件建立三维模型模拟隧道施工、深基坑开挖及建筑群加载的全过程,在分析过程中结合隧道施工特点及隧道现状检测结果,考虑围岩松动圈、隧道材料劣化等不利因素,对裂缝及局部衬砌厚度偏薄等质量瑕疵进行分析。从位移场、应力场、塑性区分布及衬砌内力变化等多方面分析项目施工给隧道带来的影响程度,得出以下结论:1)在施工过程中,拱顶竖向位移的变化较拱侧水平位移明显;2)基坑开挖工况对隧道位移的影响较建筑物加载工况大;3)隧道衬砌内力变化不明显,隧道衬砌安全系数能满足规范要求,项目实施能保证隧道安全运营。     

下穿隧道对既有桥梁结构影响的数值分析

依托某隧道穿越立交桥工程,运用MIDAS-GTS数值计算软件对隧道穿越既有桥梁桩基础、桥面、隧道衬砌的变形与内力变化情况进行分析。结果表明:受隧道掘进的影响,该桥梁临近桩基的顶部产生侧向位移与轴力最为明显,分别为4.48 mm、3057 kN;桥面中部沉降最大,为3.87 mm;隧道衬砌的顶部产生的竖向位移最大,为2.98 mm;隧道掘进对既有桥梁各方面的影响均在合理范围之内,满足隧道施工与桥梁运营安全的各项要求。对盾构掘进,提出了有关建议。     

桩基荷载对既有大直径盾构隧道的影响分析

桩基施工有可能导致临近大直径盾构隧道结构变形和渗漏水等运营风险。借助平面有限元程序,建立桩基对大直径盾构影响的数值模型,通过实测数据和数值计算对比得到了指导意义的结论。成桩过程中临近隧道产生相对少量的位移。隧道向下和向桩基方向发生变位。当桩基受荷后,隧道位移量明显加大,隧道向下和向远离桩基方向发生变位。桩基成孔过程引发的土层损失,是前期地层变位的主要原因。合理提高泥浆配比,甚至在成孔时采用全程钢护筒,可以有效减少土层损失,降低隧道变形的风险。桩基受荷后,桩周形成一定范围内的剪切带。剪切效应引发结构与土的共同作用,进而使地层和结构产生应力应变响应。当桩基与隧道间距在2倍隧道结构外径以上时,隧道沉降和侧移可得到有效控制。桩基长期荷载作用下地层仍然会产生蠕变位移,对隧道结构依然存在一定的影响。     

大直径盾构近穿及下穿对填土桩基础扰动效应分析

为研究大直径盾构隧道近穿及下穿对填土地基中桩基的扰动影响,依托某大直径盾构隧道工程,结合FLAC~(3D)数值软件,对大直径盾构隧道近穿及下穿对桩基础的位移特征及承载力特性进行模拟分析。分析结果表明:盾构近穿及下穿过程中,对桩基础的位移及沉降存在扰动影响,其中盾构到达前10 m和通过后12 m范围,对桩基沉降影响较大,盾构近穿桩基时,桩基沉降速率较大,盾构下穿桩基时,盾构靠近桩基前20 m,桩基沉降速率变大,通过桩基后,桩基沉降趋于平缓。随着盾构的掘进,桩基靠近隧道处侧摩擦阻力波动较大,且隧道正上方的桩侧负摩阻力增大,易导致建筑物沉降。     

高架桥骑跨式承台对地下隧道结构变形及受力影响分析

因线形条件制约,滨海大道远期高架道路采用小交角斜向跨越近期实施的市域铁路S2线地下隧道,为避免高架桥梁桩基与隧道结构相冲突,交叉段承台采用骑跨式承台,并使高架桥梁桩基与隧道保持一定距离。建立高架桥梁骑跨式承台基坑开挖及高架桥体加载数值模型,考虑承台与隧道顶板关系、桩基与隧道净距的影响,对隧道结构变形及内力进行数值分析,据此提出相关的设计优化及施工措施。研究结果表明:高架承台基坑开挖对隧道影响较小,但考虑地下水浮力作用,隧道结构局部桩基需按抗拔桩加强配筋;骑跨式承台采取措施与隧道结构隔离后,能极大减小对高架桥梁加载时对隧道结构变形及内力的影响;高架桥梁桩基与隧道净距在3 m左右较为合适,过小或过大均对隧道不利;考虑桥梁加载对隧道的影响无法完全避免,隧道结构设计时应考虑结构加强及局部内空增大,以便在结构变形后满足净空和修复要求;在条件允许时,建议结合远期规划,将高架桥桩、承台与隧道同期实施以避免对隧道结构扰动。     

连拱隧道衬砌厚度不足对结构安全性的影响研究

为解决因衬砌厚度不足而诱发的连拱隧道结构裂损及安全问题，针对整体式曲中墙连拱隧道，通过相似模型试验，重点研究衬砌厚度不足条件下连拱隧道围岩压力特征、衬砌内力分布以及裂损演化规律。研究结果表明： 1)连拱隧道中墙墙角部位的弯矩最大，中墙墙角外表面产生裂缝,内表面结构压溃，裂损程度最为严重，为最不利位置。 2)衬砌厚度不足部位的边缘是衬砌薄弱截面，左线左拱肩存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置右边缘的衬砌内侧开裂；左线左边墙存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置上边缘的衬砌外侧开裂。 3)连拱隧道中墙顶部与拱腰接触部位出现较大的拉应力，衬砌厚度不足位置的改变对中墙顶部衬砌受力造成一定的影响，厚度不足位置对侧隧道中墙右上角部位的裂缝出现晚于拱顶裂缝，是连拱隧道结构破坏的重点区域。     

双连拱隧道地震动力响应影响因素分析

采用FLAC3D动力数值模拟,分析中墙厚度、衬砌刚度这两个结构自身要素的变化对双连拱隧道地震动力响应的影响规律;同时对地震动力作用下双连拱隧道断面位移、内力的变化规律进行分析研究,找出了地震动力作用下双连拱隧道的变形和受力薄弱部位。     

弹性和刚性嵌岩桩混合群桩基础计算

当桥梁建于岩面起伏很大的岩石地区时,甚至同一个桥墩承台下,不同的钻孔,岩面起伏很大,岩面上的覆盖土层承载力也很差,这时扩大基础不合适,只能采用桩基础。这样同一个承台下,有些桩桩头到岩面距离较小,有些则较大,也即在同一个承台下,同时出现了刚性嵌岩桩和弹性嵌岩桩,如何计算这类群桩基础的单桩内力?运用结构力学位移法相关知识,计算得到每根桩分配到的内力,再根据分配到的内力值,总结桩基内力值与桩哪些参数有关,可为相关类似的群桩基础计算提供参考。     

岩溶陡坡地区公路桥梁桩基极限承载力研究

岩溶和陡坡是影响桩基础极限承载力的关键因素。为研究在不良地质条件下桩基础极限承载力影响因素和防治措施,利用有限元软件建立了桩基础模型并依据相关规范验证了其有效性,针对5种不同坡度和4种岩溶顶板厚度进行了正交模拟试验,分析了不同工况下桩基承载力的变化和桩体承载形式。结果表明：溶洞会造成更大的沉降,地基沉降与岩溶顶板厚度呈反比,3倍桩径为岩溶地质对桩基的最大影响范围。大于45°的陡坡会造成更大的地基沉降进而减少桩基的极限承载力,应极力避免坡度45°以上的陡坡在实际工程中的使用。当无法避免时,应重点考虑其对桩基承载力的影响。溶洞和陡坡降低桩体极限承载力的方式主要表现为降低桩体侧摩效应,桩体承载形式由摩擦桩转变成端承桩。     

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。     

桩基施工及承载阶段对运营盾构隧道的影响

针对合肥某立交桥上跨既有盾构隧道工程,通过有限元数值模拟方法对单桩邻近隧道施工进行参数敏感性分析,并进一步研究立交桥单桥墩桩基础与双桥墩桩基础在施工及承载阶段对盾构隧道管片变形与内力的影响;通过对比分析2种立交桥跨越既有盾构隧道方式下的地表沉降、盾构隧道管片及铁轨变形,探讨2种跨越方式在工程应用中的优劣。研究结果表明： 1）单桩对邻近隧道结构的影响,随着桩长、桩径的增加而增大;随着桩隧净间距的增大而近似呈指数函数形式降低。2）当桩长与隧道埋深比值大于1时,增加桩长是减小隧道结构变形的有效途径。3）单桥墩桩基础施工阶段对盾构隧道的影响效应小于承载阶段,管片位移以沉降为主。承载阶段随着荷载的增加,横向轴力与弯矩在靠桩一侧拱腰位置变化最大,纵向轴力与弯矩在拱顶位置变化最大。4）双桥墩桩基施工及承受上部荷载时,较单桥墩而言同一管片处的沉降增大0.3 mm,水平向位移减小0.56 mm。经比较,中间无桩的跨越隧道方式更优。     

不同群桩设计参数下桩基荷载的简化分析

通过对隧道群桩-衬砌支护联合承载体系和无地基改良下关键部位的受力及变形进行对比,经分析后提出隧底群桩荷载简化模型。研究结果表明:群桩-衬砌支护联合承载体系下结构竖向位移明显减小,其中拱顶和仰拱的竖向位移得到明显控制,且在隧道纵向中部位置的竖向应力有明显减小,整体受力更趋于均匀。所以,群桩-衬砌支护联合承载体系对改善隧道基底深厚软弱地层下的沉降和洞室关键部位应力有显著作用,同时,给出不同关键设计参数(桩长、桩径、桩间距)下隧底群桩荷载简化模型分布函数,可利用该分布函数进行桩顶荷载估算。     

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。     

坑道超挖回填材料对衬砌受力和变形影响分析

坑道施工中,超挖回填材料性能对衬砌的受力分布有较大影响。基于FLAC 3D有限差分数值计算软件,模拟坑道开挖施工,通过改变回填层的弹性模量和厚度,分析了不同回填介质对衬砌结构弯矩和位移的影响,并比较了不同围岩级别对衬砌结构的弯矩影响。计算结果表明： 1）拱顶、侧墙和底板的最大弯矩随弹性模量的增大而减小,弯矩开始降幅较大,但最终趋于平缓;拱顶、侧墙和底板的最大弯矩随回填层厚度的增大而增大,几乎成线性增加。2）拱顶和底板的最大位移随弹性模量的增大而增大,侧墙反之;拱顶和侧墙的最大位移随回填层厚度的增大而增大,底板则基本保持不变。     

考虑溶洞空间形态的岩溶桩基稳定性分析方法

岩溶桩基的应用随岩溶地区交通工程建设的快速发展而越来越普遍,如何评价桩端岩溶顶板稳定性成为岩溶桩基设计的关键问题之一,针对目前桩端岩溶顶板稳定性分析平面假设的不完善性,考虑溶蚀作用形成的溶洞所具有的空间形态特征进行岩溶桩基稳定性分析。首先,将基桩作用下的岩溶顶板分别简化为固支梁、抛物线拱、圆拱与固支双向板等承载模型,采用结构力学与双向板分析理论建立不同模型的桩端岩溶顶板抗弯最小安全厚度计算方法;其次,通过计算结果对比分析,揭示岩溶顶板最小安全厚度随矢高的变化规律;在分析岩溶顶板冲切破坏与剪切破坏形式的基础上,探讨桩端岩溶顶板破坏模式的控制因素及其影响规律,进而获得桩端荷载、石灰岩抗拉强度、溶洞跨度与矢高等因素对桩端岩溶顶板承载特性的影响规律;然后,基于溶洞钻孔探测所得地质勘查信息构建岩溶桩基稳定性分析流程,提出考虑溶洞空间形态特征的岩溶桩基稳定性分析方法;最后,通过工程案例具体分析桩端岩溶顶板最小安全厚度及其破坏模式随矢高的变化规律。研究结果表明：桩端岩溶顶板破坏模式不仅与溶洞跨度、桩径有关,而且与溶洞形态及其矢高也密切相关,此外,石灰岩抗拉强度对岩溶顶板稳定性的影响同样较大,详细全面的工程勘察资料能使桩端岩溶顶板稳定性分析结果更接近实际情况。     

明挖隧道深基坑施工对近邻高速公路桥梁桩基的影响研究

以明挖隧道深基坑施工与近邻高速公路桥梁桩基的深（圳）中（山）通道工程为研究对象,采用有限元方法建立三维有限元模型,分析隧道基坑施工对近邻桥梁桩基的影响。结果表明:现有基坑围护结构设计方案和施工工况,其筑岛施工和暗埋段施工过程对既有沿江高速桥梁桩基的影响较小;水平附加位移（朝基坑侧位移）和竖向附加位移（沉降）均在规范允许范围内;主线隧道基坑开挖施工将在既有桥梁桩基中产生附加内力,应提前对既有桥梁采取保护措施。     

洞内大轴力大跨径拱式桩基托换在地铁建设中的研究与应用

广州地铁某新线区间矿山法隧道，因线站位设置需近距离下穿某大型地下空间，与其5根既有桩基冲突，需要进行托换。受各制约因素影响，工程采用洞内拱式托换方案，然而本次托换的桩轴力、隧道跨径和现场条件的复杂程度，均远超一般洞内托换。以洞内大轴力大跨径拱式桩基托换为研究对象，通过工程类比的方法总结出托换结构断面高宽与托换跨径和桩轴力之间的经验关系（尺寸初拟规律），并进一步通过2D荷载结构法进行内力分析和3D地层结构法进行变形模拟，对托换结构的承载力和正常使用极限状态进行验证，证明了洞内拱式托换可适用于大轴力大跨径情况，验证了托换结构尺寸初拟规律的可应用性。     

旁侧基坑开挖偏心卸载下盾构隧道横断面受力变形研究

为了研究基坑开挖导致旁侧既有盾构隧道产生偏心卸载而带来的不利影响,采用MIDAS/GTS NX软件建立精细化的三环盾构管片模型。基于修正惯用法计算的盾构衬砌环初始围压和Mindlin公式计算得到的基坑开挖卸载产生的附加围压,通过将总围压施加在盾构管片模型上,模拟计算得到盾构衬砌的横向变形和内力;采用椭圆度作为评价隧道安全状况的指标,研究基坑开挖偏心卸载对盾构隧道的影响规律。结果表明： 在基坑开挖偏心卸载过程中,衬砌结构会产生斜向“压扁”的效果,呈现“斜椭圆”变形;由于应力集中的原因,在管片与管片的接缝处应力较大,混凝土应力最大值处在邻接块与标准块之间;混凝土和螺栓的最大应力值会随着椭圆度的增大而增大;随着基坑围护结构位移增大,基坑侧壁应力释放系数β值逐渐增大,隧道的水平位移值也随之增大;在基坑开挖过程中要严格控制围护结构的位移量,以保证盾构隧道安全。