越江盾构隧道纵向受力及变形分析研究

以某越江盾构隧道工程为背景,采用三维梁-弹簧模型对水位变化、河床冲刷等不同情况下盾构隧道的纵向受力及纵向变形进行数值模拟,并对数值计算结果进行了分析.分析可知,纵向上的沉降主要发生在地质条件变化处、地形条件突然变化处以及盾构隧道与竖井的连接处.探讨了盾构隧道与竖井的不同连接方式对于隧道纵向内力及变形的影响,并进行了对比分析,根据分析结果提出采用柔性连接的建议.     

基于弹性地基梁理论的跨活断层隧道围岩-衬砌体系破坏机制研究

随着我国西部高烈度地区的隧道工程建设的持续深入发展,长大隧道将不可避免地穿越复杂不良地质区域,接近或跨越活动断裂带,面临严重的错断威胁.将温克尔弹性地基梁理论引入跨活断层隧道抗错断问题的研究中,从几何学和理论力学等角度,将隧道简化为作用在地层上的弹性地基梁;采用法向弹簧与切向弹簧模拟地层与结构的相互作用,并利用有限元数...     

基于弹性地基梁法的隧道纵向变形开裂机理及治理方案研究

在隧道穿越山岭的过程中,常需要穿越堆积层边坡等不良地质层,而堆积层坡体具有较差的工程特性.在遇到降雨的情况下,堆积体内雨水大量入渗等原因易导致隧道衬砌结构的变形,隧道支护结构发生开裂等破坏,严重降低了隧道施工和运营的安全可靠度.以湖南省张家界某堆积体边坡隧道为依托工程,首先结合工程地质勘察报告开展坡体表面与深部位移监测和隧道二衬裂缝宽度监测,分析滑坡面的位置和隧道二次衬砌发生开裂的原因.其次基于弹性地基梁理论构建滑坡推力下隧道计算模型,建立微积分方程,将基于不平衡推力传递系数法得到的滑坡推力作用在隧道结构上,从而得到滑坡推力作用下平行于堆积层边坡的隧道支护结构的受力和变形特性.然后采用所得到的隧道支护结构的理论计算方法探讨降雨强度、堆积体力学参数以及隧道支护结构下侧加固强度对二次衬砌裂缝开展规律的影响.最后采用所得到的隧道支护结构的理论计算方法建立了边坡安全系数与二次衬砌裂缝宽度的拟合关系曲线为y=-5.559x+7.645 3.从而计算出二衬不开裂情况下边坡的安全系数值为1.375 4,并对该堆积层边坡进行锚杆支护优化设计.为后续类似工程的施工设计提供建议.     

盾构隧道纵向变形机理分析

对隧道纵向性能的研究近年来正受到越来越多的关注.基于盾构隧道纵向变形的两种主要形式,即纵向沉降和纵向上浮,首先分析了纵向下沉和上浮的产生机理,对可能产生下沉和上浮的各种因素进行了系统总结,将下沉原因归结为区间隧道与车站间的差异沉降、下卧土层变化、地面加载、施工影响以及临近施工扰动等5个方面,将上浮原因归结于上浮力作用、轴向偏心荷载作用、切口水压、地面卸载、地基回弹作用以及上覆土的反向压缩作用等6个方面.进而分别从影响因素、发生时间、发生部位、变形方式以及约束条件等方面,对纵向沉降和上浮进行了综合比较.     

考虑Pasternak地基模型的基坑开挖诱发既有隧道纵向变形理论分析

邻近隧道进行基坑开挖会破坏周围土体平衡状态,引起既有隧道结构不均匀沉降,最终将对隧道安全运营产生不利影响。为控制基坑开挖所导致的既有隧道纵向变形,基于Pasternak地基模型提出双基坑开挖引起邻近既有隧道纵向变形影响的两阶段简化分析方法,分析软土中双基坑开挖对隧道竖向沉降的影响。对比简化理论计算与三维有限元数值模拟,结果吻合较好,由此可得：该简化解析法精度较高并且计算简便。此外,针对基坑侧壁与隧道轴线距离、基坑开挖深度和基坑间距等不同工况,分析双基坑平行隧道、双基坑垂直隧道、双基坑斜交隧道3种布置情况下双基坑开挖对邻近隧道竖向变形的影响,分析结果反映了隧道变形的规律。     

超大直径盾构隧道纵向弯曲变形性能分析模型研究

基于某大型海底盾构隧道工程,建立了考虑螺栓非线性本构特征的超大直径盾构隧道纵向不连续实体模型,采用简易的荷载模式,对其纵向弯曲变形性能进行分析。结果表明:①对于超大直径盾构隧道而言,平截面假定不再适用;②随着弯矩值的增加,盾构隧道的纵向变形呈现出明显的弹塑性特征,其中性轴的位置几乎不发生变化;③螺栓的规格对盾构隧道的纵向变形影响显著,同等量值弯矩作用下,螺栓直径越大,隧道的变形越小。     

考虑收敛变形的通缝拼装盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算分析

为了研究运营地铁通缝拼装盾构隧道长期沉降过程中衬砌结构横向变形对其纵向变形和受力的影响,基于上海轨道交通8号线西藏北路站—中兴路站运营盾构隧道现场试验监测数据,对等效连续化模型进行修正,考虑隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算方法进行对比分析。结果表明:1)弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。2)结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。3)在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。     

关于沉管隧道地基反力的探讨

介绍了沉管隧道地基反力按粘弹性地基上的弹性梁假定进行计算的初步探讨。     

盾构隧道纵向地震响应的多尺度分析方法

针对目前盾构隧道抗震设计仅限于横断面分析,缺乏有效的纵向地震响应分析方法的问题,提出了一种用于模拟盾构隧道纵向地震响应的宏-细观多尺度分析方法,其中宏观等效模型用于描述盾构隧道结构整体的地震响应特性,细观精细化模型用于捕捉结构关键断面接头处的变形响应。宏观等效模型采用黏弹性地基梁来模拟,即将盾构隧道沿纵向简化为作用在黏弹性地基上的三维梁单元,且充分考虑了由于环缝影响引起的梁纵向等效刚度折减以及隧道内部结构对纵向等效刚度的附加效应。基于宏观等效模型的地震响应规律分析,确定出盾构隧道沿线的最不利断面位置,从而将这些关键区段替换为考虑隧道环缝接头的细观精细化模型,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的环缝张开量和错位量等变形,克服了传统连续均质化模型无法反映环缝变形量的不足。最后,将该多尺度分析方法成功应用于世界首个特高压GIL电力盾构隧道,为实际重大工程的结构纵向抗震设计和安全性评价提供了科学依据和技术手段。     

河床冲淤引起过江盾构隧道纵向变形的研究

河床冲淤是引起过江隧道纵向变形的一个主要原因。以杭州地铁2号线钱塘江过江隧道为背景,通过数值模拟和理论计算相结合的方法,阐述河床冲淤引起过江隧道纵向变形的机理,研究通过横断面计算方法导出隧道纵向变形曲线,论证隧道环间连接刚度与纵向变形的关系,并提出了控制纵向变形问题的建议。     

下穿盾构隧道施工对铁路的影响研究

盾构隧道开挖对邻近建筑物的扰动是必然存在的,此类问题已得到了愈来愈广泛的关注。以佛山市三水区下穿盾构隧道工程为依托,利用数值摸拟法,计算分析了近距离下穿盾构隧道施工对既有铁路的影响规律。基于弹性地基梁理论,将盾构开挖影响等效成一位移,推导了盾构隧道开挖引起的既有铁路竖向位移理论计算公式。分析结果表明:盾构隧道开挖引起的轨道沉降近似呈正态分布曲线,主要影响范围为隧道轴线两侧约2.5倍隧道直径范围内,与Peck估算公式计算所得影响范围一致,且其分布规律与实测结果吻合。对比数值与理论计算结果表明,采用弹性地基梁法可以有效地计算既有铁路受下穿盾构开挖影响后的位移。     

隧道下穿引起地下管线竖向位移的计算方法研究

为建立盾构隧道正交下穿施工引起的管线变形计算理论,将既有管线视为连续长梁,结合横观各向同性条件下的小孔扩张理论,导出管线在下穿盾构隧道施工作用下的竖向位移计算式。结合工程实例对该计算方法进行算例验证,并在此基础上定量分析管线竖向位移与各向异性参数、隧道外径、净距、管线抗弯刚度等因素的关系。结果表明： 1)管线最大竖向位移发生在下穿正交点处; 2)各向异性参数越大,对管线竖向位移的影响越显著; 3)净距在某一范围内时,管线竖向位移对其变化较敏感,超过此范围后管线竖向位移基本无变化; 4)盾构隧道外径、管线抗弯刚度对既有管线竖向位移也有一定的影响。     

基坑贴近地铁盾构隧道的实施方案研究及变形影响分析

围绕地铁盾构隧道周边基坑开挖引起隧道的变形开展研究,结合工程实例,采用有限元分析软件PLAXIS,分析了不同加固条件下基坑与隧道的变形,并针对盾构隧道洞外土体加固与洞内堆载等辅助保护措施进行分析论证,从而选择经济、安全的施工方案,为解决实际工程问题提供了依据。     

盾构隧道施工对邻近桩基的影响研究

以杭州地铁隧道二号线某区间盾构下穿桩基建筑为研究对象,通过数值模拟方法分析了盾构隧道布置位置对邻近桩基变形的影响,并与土层变形传统预测公式进行比较。研究结果表明:当隧道位于桩基正下方时,隧道开挖造成上部桩基及周边土体较大沉降;随着隧道和桩基水平距离增加,隧道开挖对桩基和周边土体影响逐渐减小;当水平距离与桩径的比值（L/D）大于6时,隧道开挖对桩基及周边土体影响较小,数值模拟结果和传统公式预测值接近。     

复杂地层长距离叠落大盾构隧道设计分析

以珠海兴业快线工程为依托,从抗浮、变形影响等方面对叠落隧道的竖向净距进行分析。结果表明:当竖向净距控制为0.5D(D为下部隧道的直径)时,上部隧道开挖对下部隧道的影响较小。根据有限元分析,上部隧道开挖时,土体卸载,对下部隧道管片受力有利。但这是一个动态的应力重分布问题,具有不确定性。     

直接弹性抗力法及其在隧道初期支护结构计算中的应用

为更加直观地证明隧道初期支护具有单独承载能力的事实,提出直接弹性抗力法原理。直接弹性抗力法以拱（圆曲梁）和弹性地基拱（弹性地基圆曲梁）2段函数分别反映拱部支护结构脱离围岩以及侧壁支护结构压向围岩2段结构的内力及位移,能极大地简化计算过程,较为真实地反映隧道支护结构的应力状态;并结合链杆支座拱、铰支座拱模型,分别模拟实际施工的无分布锚杆影响、有分布锚杆影响但锚杆无切向力、有分布锚杆影响且锚杆有切向力3种支护应力状态,比较全面地概括隧道支护施工可能产生的应力状态,充分证明隧道初期支护具有单独承载能力的理论事实。强调“先柔后刚,先放后抗”属于概念,初期支护变形的主要原因是地基承载力不足造成沉降,锚杆锚固力和喷射混凝土早期强度等严重影响初期支护单独承载;再根据隧道支护结构各种可能的应力状态,提出对隧道初期支护结构细节设计的改进建议,如锚杆与钢架的连接、钢架之间的连接、钢架底脚的处理、锁脚管桩、型钢钢架与格栅钢架的组合结构等,通过实践证明隧道初期支护具有单独承载能力的理论。     

盾构隧道侧穿高铁桥梁桩基的影响分析与措施

结合国内某城市盾构隧道下穿的实际工程,采用三维有限元数值模拟方法,研究盾构穿越施工对高铁桥梁桩基的影响和控制措施。结果表明：在中风化泥质粉砂岩中,隧道施工完成后,桥梁桩基水平位移背离隧道方向;盾构隧道施工引起桩的最大水平位移为0.24 mm,承台中心最大沉降为0.52 mm,产生的最大附加轴力为230 kN,变形值及桩底承载力满足规范要求,不必对桥梁桩基进行主动加固。结合下穿之前的实际掘进试验,提出了盾构近距离下穿高铁桥梁的施工控制措施。计算结果与现场监测数据基本一致,从而说明模型的合理性。     

隧底溶洞处理后衬砌的受力分析

隧道底部溶洞处理时,存在填充物弹性模量大于围岩弹性模量现象,影响衬砌受力状态,可能导致裂缝的产生。针对这一问题,以温克尔弹性地基梁理论为基础,对溶洞处理后衬砌的内力和位移进行计算,并结合数值模拟结果进行对比分析。主要研究结论如下： 1）溶洞填充物对衬砌起支撑作用,引起溶洞与围岩交界处附近出现较大剪力和弯矩; 2）溶洞段衬砌拉应力增大较快,应加强此段衬砌结构的配筋,加设抗弯和抗剪钢筋,提高结构抗拉及抗剪能力,达到抑制裂缝产生的目的; 3）确保溶洞填充物尽量与围岩弹性模量相近,交界处介质的弹性模量连续递变,以改善溶洞段衬砌的不利受力状态。     

超长异形深基坑施工对紧邻运营线路水平位移影响分析

以滨海快线福州火车站基坑工程为背景,对紧邻既有隧道水平位移的实测数据展开细致分析,并结合弹性地基梁理论,探讨超长异形深基坑分坑施工对紧邻既有隧道水平位移的影响规律。实测结果表明：随着基坑的开挖卸荷,既有隧道整体发生朝向基坑侧的水平位移,水平位移曲线呈现多峰形态,且各峰值均大致位于各分坑的中部。同时,受到既有隧道平面线形影响,分坑施工过程中,其水平位移曲线出现局部反弹效应。进一步地,将隧道简化为搁置于Winkler弹性地基梁上的Timoshenko梁,通过两阶段分析法计算既有隧道水平位移的近似理论解,与现场实测水平位移的变化规律基本吻合,但量值上略小于实测值。     

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。