深埋软岩小净距隧道近接既有车站的位移响应

以在建的重庆轨道交通10号线红土地站为工程背景,新建车站采用分离式小净距隧道近距下穿既有车站。通过三维数值分析与现场实测相结合对既有车站结构的位移响应进行分析。既有结构的竖向位移的位移响应服从双Peck拟合曲线,左、右线隧道开挖引发的竖向位移产生叠加,开挖上台阶和拆除临时支撑为位移控制的关键环节;小净距隧道开挖引起的能量释放被既有车站结构吸收,下穿既有结构所得沉降槽宽度参数 值为天然地层条件下的0.924倍;深埋软岩小净距下穿既有结构隧道地层损失率 取值范围为0.108%～0.16%;上台阶开挖注意控制拱部中空注浆锚杆的超前加固效果,形成一定范围的承载拱;施作隧道仰拱后方可分段拆除临时中隔壁,拆除范围为6~7m。结果表明,现场实测和数值计算的结果基本吻合。     

黄土地区基坑近接施工变形控制标准数值模拟研究

为得到湿陷性黄土地区基坑近接既有地铁结构的位移规律和控制标准,基于西安地铁5号线车站基坑临近区间隧道和车站施工,采用数值模拟手段,分析不同净距状态下新建基坑开挖引起的地表位移、新建基坑结构位移及既有结构位移,研究新建基坑开挖对既有车站、既有隧道的影响。结果表明:地表沉降值仅在新建基坑与既有结构之间的范围受水平净距影响较大,新建基坑围护结构位移仅在与既有结构邻近的一端受净距影响较大;既有结构向着新建基坑方向发生整体水平移动,且随着净距减小,水平位移增加;应尽量避免净距小于12 m的情况,当净距为18 m时,应控制新建基坑与既有结构邻近侧围护结构的水平位移最大值在15 mm以内。     

重叠盾构隧道施工中两隧道相对位置变化的影响模型试验研究

以深圳地铁7号线笋岗—洪湖区间隧道重叠段为背景,采用室内相似模型试验,研究两隧道相对位置变化时新建隧道对既有隧道受力及位移的影响。试验结果表明:净距一定,两隧道上下重叠时新建隧道开挖对既有隧道拱顶位移及拱顶、拱底附加内力的影响最大,且对拱顶内力的影响大于拱底;随两隧道角度的减小,既有隧道结构附加内力最大值由拱顶向拱腰转移。     

浅埋偏压小净距隧道施工力学数值分析

地形偏压、地质偏压和施工偏压是造成隧道偏压的三种主要原因.在隧道结构地形偏压及地质偏压已经确定的情况下,尽可能地采用合理的施工方法和施工顺序,通过施工来减小地形偏压及地质偏压在施工中以及施工结束后对结构内力的影响,具有相当的工程意义和现实意义.以某浅埋偏压小净距隧道为工程背景,利用有限差分软件,对浅埋偏压小净距隧道的施工方法和施工顺序进行数值仿真模拟,分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化.各工法数值结果对比分析表明,从围岩塑性区、洞周位移、地表位移及围岩应力因素考虑,双侧壁导坑法更适于浅埋偏压小净距隧道施工.     

新建黄土隧道开挖及支护对既有隧道影响的数值模拟分析

新建隧道临近既有隧道时,隧道施工会引起围岩的应力重分布,从而对既有隧道产生影响。为了研究新建隧道施工对既有隧道的影响,以黄土地区某隧道工程为依托,利用有限元软件,通过数值模拟计算,分析开挖方法及支护措施对既有隧道最终位移场、应力场分布及围岩塑性区演化的影响,得出如下结论:采用台阶法时会对既有隧道产生扰动,引起既有两隧道的最大位移分别为0. 97 mm和2. 56 mm,均出现在拱顶处,总体位移较小;采用3种不同的支护措施时,最大应力均出现在距离最近既有隧道的仰拱处(不超过600kPa);塑性区主要分布在最近既有隧道的仰拱处,但不会引起塑性破坏;3种支护方案对应的整体模型最大总位移分别为80. 3 mm、77. 8 mm和89. 2 mm,管棚超前支护对变形控制效果明显。     

公路小净距隧道纵向空间效应分析

为分析小净距隧道两洞室间的空间效应,采用Midas/GTS有限元分析软件对不同纵向间距下相邻两洞室掌子面隧道围岩响应特性进行分析,得到了围岩变形规律、中夹岩柱应力变化趋势、塑性应变变化特征,并给出两洞室间合理的纵向施工间距。研究表明,隧道拱顶沉降位移在其掌子面前方10 m趋于稳定,中夹岩柱沉降位移变化规律与洞室拱顶沉降变化规律具有一致性,隧道开挖对靠近先行洞一侧的中岩柱水平位移影响较大,在纵向2 m处位移最大;掌子面间距增大会扩大先行洞塑性区分布,对后行洞塑性区分布无影响;当0.5B≤掌子面间距≤1.5B时(B为隧道宽度),中夹岩柱主应力增加较快,当1.5B≤掌子面间距≤2.0B时,中夹岩柱主应力变化不明显,合理的纵向施工间距为2.0B以上。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

关于小净距隧道间合理净距的探讨

利用数值分析手段,对不同净距未支护条件下小净距隧道的围岩塑性区、变形及受力状况进行了深入的分析研究.可知:当两隧道的净距小于B(B为毛洞开挖宽度)时,在两隧道中岩墙较大范围内将产生塑性区,且位移量明显大于单洞状态.中岩墙部位产生了明显的应力叠加现象,处于很不利的受力状态,中岩墙需进行特殊加固处理.而当净距增加至1 B及以上时,塑性区的产生范围基本接近单洞状态.据此确定该高速公路隧道Ⅴ级围岩段的合理净距可定为等于或大于1.0B.     

邻近上覆空洞浅埋隧道施工引起的地层变形和破坏特征

地层空洞的存在会严重降低围岩的整体性,在浅埋地铁隧道的施工扰动下,极易发生失稳破坏,诱发地面塌陷事故。针对城市浅埋地铁隧道上方存在空洞地层的问题,通过三维数值模拟和模型试验对空洞大小及空洞与隧道间净距对地层变形的影响进行了研究。数值模拟研究结果表明:地层空洞导致地表沉降呈现出不同程度的增大,并且空洞越大、净距越小对地层变形影响越显著;对于较大直径的空洞,空洞与隧道间存在一临界净距,当净距小于临界值时,地表沉降随着净距增大而减小,当净距大于临界值时,地表沉降随着净距增大而增大,并且空洞越大临界净距越小;对于小直径空洞,随着净距增大,地表沉降只呈现出逐渐减小的规律;空洞与隧道周围塑性区扩展贯通导致地层发生整体失稳,以及空洞周围塑性区发展至地表导致局部塌方是隧道上方含空洞地层两种典型破坏模式。模型试验得到的净距对地表沉降的影响规律与数值模拟结果基本一致,说明模型试验结果的合理性。研究成果可为含空洞地层中隧道施工地层变形控制研究提供参考和借鉴。     

盾构隧道下穿施工对邻近铁路桥梁的影响分析

以武汉地铁3号线盾构隧道下穿既有铁路桥梁工程为依托,采用有限元软件ANSYS对盾构施工全过程进行模拟,分析不同桩隧净距时盾构施工对铁路桥梁结构变形及地表沉降的影响规律。分析结果表明:盾构隧道的施工会使桩基产生以沉降为主的附加变形,最大沉降发生在桩顶处;随着盾构的推进,地表沉降呈现出明显的增长趋势;既有桥梁桩基对盾构开挖引起的地层扰动起到一定的阻隔作用,同时在桩侧摩阻力作用下桩周地表沉降相对较小;当桩隧净距分别为1.8,4.2,6.0 m时,桥梁梁体结构与桩基产生的变形均以沉降为主,随着桩隧净距的增大相邻两股钢轨水平高差及轨面沉降的变化趋势不明显,均未超出6 mm的限值。     

南京地铁小净距隧道施工力学及工序优化研究

以在建“南京地铁”非对称小净距隧道为背景,深入研究施工全过程力学行为及工序优化,总结变形特性、力学响应及塑性区分布规律.得出主要结论:①先行洞(断面小)变形主要受自身施工控制,后行洞(断面大)关键控制步为右Ⅲ区开挖和临时支撑的拆除,CRD法能有效减少洞身变形,控制塑性区增长.②随着后行洞施工,先行洞支护内力不断演化,轴力和弯矩峰值逐渐向中岩墙侧移动,成为支护稳定关键控制部位.由于先行洞开挖,相当于中岩墙围岩部分约束解除,后行洞竖向临时支撑承受较大轴力.临时支护拆除,其轴力向环向支护转移,后行洞中岩墙侧支护轴力明显小于外侧支护轴力.③右洞(断面大)先行时,支护结构受力与左洞先行正好相反,并且安全系数最小值更小,支护最大压应力会增大.综合考虑轴力、弯矩、安全系数、压应力及塑性区,宜先施工左洞(断面小),利用施工偏压消除或减弱非对称小净距结构偏压作用.④隧道宜采用非对称设计,加强左洞中岩墙侧支护参数,而后行洞背离中岩墙侧支护需加强参数,与先行洞规律相反.     

超小净距特大断面地铁车站施工关键技术

重庆地铁礼嘉车站为地下二层双洞4线双岛暗挖车站,最大断面达856 m2。通过数值计算结合现场实测对中岩柱单边落底法施工的特大断面、超小净距、多交叉口隧道进行了研究,分析了不同开挖步序时拱顶位移以及中岩柱宽度、先后行洞合理施工纵距对隧道施工的影响。研究表明:大断面隧道采用中岩柱单边落底施工方法是可行的,中岩柱单边落底施工方法的关键工序是第1步序和第2步序的开挖,施工中应加强监控等措施;中岩柱的宽度宜大于1.5 m;后行隧道与先行隧道间的施工纵距取20 m是合理的。     

城市小净距隧道施工工法合理性分析

以在建的某市小净距隧道V级围岩段为例,采用有限元数值分析方法,对隧道施工全过程进行仿真分析,获得了不同施工步条件下围岩位移、受力及塑性区分布图.同时对施工过程中的初衬及临时支护受力特征进行研究表明:设计中采用的施工工法和支护措施,有效地控制了地表、隧道围岩位移及塑性区分布,充分发挥了初衬材料的受力性能,二次衬砌结构处于安全性状态.     

既有隧道两侧新建明、暗洞结构开挖力学行为对比及开挖顺序研究

隧道近接问题一直以来都是隧道工程界研究的热门话题,合理确定近接问题研究流程,准确分析近接施工力学行为及施工顺序,对近接施工实际问题的解决有重要意义。为研究近接施工问题,以浦梅铁路既有隧道两侧新建近接隧道工程为依托,建立两种计算模型,对比分析不同结构物近接形式下围岩应力以及既有结构位移的变化情况。计算结果表明:明洞结构物开挖带来的影响大于暗洞结构物开挖带来的影响,浅埋侧土体围岩应力敏感性远大于深埋侧土体围岩应力敏感性。对于浅埋偏压隧道两侧新建隧道,开挖会使既有结构产生向开挖侧位移变形,但最终既有结构会产生向浅埋侧位移;浅埋偏压-两侧暗洞结构形式采用先开挖深埋侧隧道再开挖浅埋侧隧道,浅埋偏压-明暗结合结构形式采用先开挖浅埋侧明洞再开挖深埋侧隧道。     

城市隧道下穿密集建筑区静、动力响应特征分析

以莞惠城际隧道下穿密集建筑区段为依托,利用现场监测结果、室内模型试验以及动静结合的数值模拟方法,对城市隧道穿越不同结构类型、位置和高度的既有房屋时的综合影响进行研究。研究结果表明:房屋基础埋置较浅的浅埋隧道段,砌体结构房屋变形和振速均比框架结构大,随着楼层高度增加,房屋水平位移的影响明显大于竖向位移,且低层结构更易发生受拉破坏,同时振速呈现出放大效应;隧道静力开挖时,位于掌子面前方的结构受力和位移均明显大于后方的房屋结构;随着爆心距增大,振速逐渐变小,但到达远端墙体时振速出现放大趋势,在确定监控方案时,需考虑对远方墙体的振动监控;爆心距离越小,其振速高度效应越明显,需重点监测顶层的振速;在上软下硬复合地层中,隧道开挖影响范围距掌子面约20 m,偏离隧道中心线超过20 m时,沉降速率增大,量值呈明显减小的趋势。     

双层采空区隧道开挖围岩稳定性数值模拟

隧道下穿煤层采空区开挖不可避免地会对周围地层产生扰动,"活化"既有采空区,影响隧道及采空区周围地层的稳定性。由于双层采空区的特殊性,采空区与采空区之间也会产生一定的影响。利用FLAC3D软件,通过控制变量法建立双层采空区隧道模型进行计算,考虑采空区高度及采空区之间间距的影响,对隧道开挖过程中围岩形变及位移、围岩应力及围岩塑性区的开展情况进行分析。得出双层采空区存在时,当采空区之间间距大于20倍煤层采高时,双层采空区可按单层采空区进行处理。     

小净距隧道下穿薄煤层采空区地层开挖稳定性分析

采空区地层离散性大,小净距隧道近接下穿不同倾角薄煤层采空区开挖将引起采空区内腔塌陷。建立小净距隧道近接下穿采空区地层开挖模型,对比分析采空区倾角为0°、15°、25°、40°时先行洞监测面洞周位移和初支内力。结果表明:后行洞初支闭合时,采空区倾角为15°时,拱顶下沉量最大;采空区倾角为40°时,仰拱隆起量和拱腰水平收敛量最大;随着采空区倾角增大,初期支护正(内)弯矩分布和轴力最大位置有向近接采空区侧移动的趋势,偏压越严重;应力集中逐渐由右拱脚向左拱脚移动。最大偏心距出现在拱脚处,采空区倾角为15°时,偏心距最小,初期支护稳定性最好;倾角为40°时,偏心距最大,不利于初期支护稳定。     

小净距隧道爆破施工影响的数值模拟分析研究

通过MIDAS/GTS软件对新建隧道爆破施工对邻近既有隧道影响进行了研究,通过分析不同的隧道间距对既有隧道衬砌振速、位移、应力造成的影响得出了以下结论:既有隧道迎爆侧拱腰部位是振速峰值、位移最大值的发生区;既有隧道衬砌最小主应力出现在距爆破面最近的迎爆侧拱顶位置,应加强此区域监测;隧道间距小于12 m的情况下施工需谨慎进行,建议适当减小爆破开挖进尺以减弱对既有隧道影响。     

四线隧道密贴下穿既有车站施工参数优化分析

为确保既有结构在隧道下穿施工中的安全,以北京地铁19号线四线隧道密贴下穿既有4号线新宫站工程为背景,通过现场监测和数值模拟,分析既有结构在不同导洞开挖顺序、开挖进尺、掌子面错距、临时支护拆除长度等工况下的沉降变形特征。研究结果表明:(1)导洞开挖顺序为"先上后下、先边后中"引起的既有结构沉降变形最小;(2)其他条件一定时,既有结构沉降随着开挖进尺的增大而增大,本项目开挖进尺取2 m为宜;(3)其他条件一定时,既有结构沉降随着掌子面错距的增大而减小并最终趋于稳定,本项目掌子面错距取6 m为宜;(4)其他条件一定时,既有结构沉降随着临时支护单次拆除长度的增大而增大,本项目临时支护单次拆除长度取6 m为宜;(5)既有站东西两侧布设围护桩可以有效控制既有结构沉降。     

湿陷性黄土地区新建地铁对既有结构影响研究

研究目的:为研究湿陷性黄土地区隧道施工对临近既有隧道的影响,本文通过开展室内土工离心模型试验,采用控制新建盾构隧道拱顶下沉量的方法模拟隧道施工造成的地层损失量,并考虑新建隧道与既有隧道之间的间距,设置多组工况研究既有地铁隧道仰拱最大竖向位移以及围岩压力变化规律。研究结论:(1)既有隧道仰拱最大竖向位移随着地层损失率的增大及隧道净距的减小均呈线性增加规律,据此提出单线盾构穿越过程中新建隧道拱顶沉降控制标准:净距0. 5D、0. 4D、0. 3D、0. 2D工况分别为25 mm、19 mm、14. 5 mm、12. 6 mm;(2)既有隧道仰拱处比拱腰及拱顶处围岩压力减小明显,新建盾构隧道上部围岩压力有变大的趋势,新建隧道上部一定高度范围内的土层形成了拱效应;(3)研究结果与既有地铁结构仰拱实测数据进行分析对比以及优化拟合公式可为湿陷性黄土地区类似工程提供预测曲线。