浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

考虑地层应变软化的盾构下穿密集建筑物沉降分析

针对砂质地层中盾构连续下穿密集建筑物变形问题,考虑应变软化效应,依托南宁地铁5号线五一立交站—新秀公园站区间隧道工程,通过ABAQUS的VUMAT用户接口编程实现基于摩尔-库伦的应变软化本构模型,采用数值计算分析盾构连续下穿密集建筑物的地表变形及建筑物不均匀沉降规律.结果表明:应变软化本构模型能较真实地反映砂质地层的变...     

断面非对称小净距黄土地铁隧道施工顺序模拟对比研究

西安地铁5号线兴庆路站至青龙寺站区间隧道在兴庆路站站后设置停车线,为同时满足左线停车和双线正常行车的功能需求,拟选用左线(大断面)双侧壁导坑法和右线(小断面)台阶法的施工方案进行施工。针对该地铁隧道不同施工顺序采用二维动态有限元数值模拟,通过分析施工引起的拱顶沉降、拱腰收敛、地表变形、衬砌内力和中间土体应力特征及规律,得出大小断面地铁隧道先后施工相互影响的规律性成果:不同施工顺序对拱顶沉降和地表变形影响相差不大,而先行小断面隧道采用台阶法施工完成后对隧道拱腰收敛、衬砌内力及中间土体应力的影响较先行大断面施工的影响小,采用先施工小断面隧道的施工顺序更为合理。     

超浅埋超高断面暗挖隧道地层变形控制技术

研究目的:通过建立ANSYS仿真模型,研究隧道开挖引起的地层扰动对地表沉降和拱顶下沉2个重要安全控制指标的影响规律,从而控制地层应力重分布对施工安全和结构稳定带来的不利影响;实施地层变形仿真结果与实测结果的对比分析和反馈设计,优化隧道开挖步序,从而实现复杂环境、软弱富水围岩条件下超浅埋超高断面暗挖隧道的成功修建.研究结论:通过仿真计算与实测变形绝对值对比,实测和仿真计算预测的地层竖向变形值在各级控制范围之内.故针对软弱富水围岩下的超浅埋超高断面隧道施工,建立以100%应力释放的平面应变模式的ANSYS仿真模型,适合现场施工过程控制和优化的需要;针对超浅埋超高断面暗挖隧道施工采用的CRD工法,仿真结果显示在软弱富水围岩条件下2、4、5和7部开挖引起的沉降量占总量的85%～90%,以此进行优化,即所述各部采用台阶式预留核心土法开挖,隧道断面以2、4和5、7部的分界面控制台阶高度,采用先贯通上部断面后贯通下部断面的分台阶CRD法施工,该方法安全可靠.     

排水板处理软土路基的有限元分析与研究

通过对乍嘉苏高速公路软土路基在施工中的水平位移、竖直位移、横断面沉降的现场监测数据的分析和有限元分析软件对软土路基的模拟,研究排水板处理过的软土的变形特性规律。用两种弹塑性本构模型摩尔-库仑模型和修正剑桥模型对比分析软土路基的变形特性。     

地铁区间隧道暗挖法施工因预降水而诱发地表沉降分析

为了预测地铁区间隧道暗挖法施工前预降水诱发的地表沉降量,依据群井降水作用下含水层水位降低、土体有效应力变化的过程,建立了单元土体固结压缩模型;基于有效应力原理和一维固结压缩理论,得到了含水层水位降深、土体压缩系数及初始孔隙比与隧道上方地表沉降量的关系。其预测结果可用于评价地面道路、建(构)筑物稳定性,为现场施工提供指导参考。最后通过工程实例验证以上分析过程的合理性。     

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析

基于土压平衡盾构隧道关键施工要素分析,提出1种可进行渗流—应力耦合分析的精细化数值模拟方法。依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程,模拟分析关键施工参数对地层及结构变形的影响规律,并通过实测数据验证模拟结果的合理性。结果表明:通过向盾壳单元施加恒定节点速度模拟盾壳—土体摩擦作用,能够反映盾壳—土体界面的真实剪应力状态,避免盾壳姿态发生倾斜引起附加土体位移;通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)模拟同步注浆过程,能够反映浆液引起地层孔压边界的改变;开挖面支护压力的增大可一定程度减小地层沉降和管片环椭圆化变形;盾壳—土体摩擦力的增大将显著增大刀盘前方地层的隆起、盾尾后方地层的沉降、地层沿隧道轴向和横向的水平位移以及管片环椭圆化变形;同步注浆量的增大可有效减小地层沉降、地层沿隧道轴向的水平位移以及管片环椭圆化变形。现场实测数据与数值模拟结果具有很好的一致性,验证了数值模拟方法的合理性。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

黄土地层地铁隧道CRD(交叉中隔墙)工法施工引起的围岩变形及地表沉降规律

以西安地铁4号线大唐芙蓉园-大雁塔区间为工程背景,采用有限差分软件FLAC 3D建立土体三维计算模型,对暗挖区间进行数值模拟,并结合实测数据分析黄土地层隧道交叉中隔墙(CRD)工法施工引起的围岩及地表变形规律。研究结果为:CRD工法施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最终形成的沉降槽宽度约为2倍的隧道洞径;掌子面开挖至监测断面时,纵向地表沉降的速率迅速增大,掌子面远离监测断面时,沉降速率逐渐减缓,当掌子面离开监测断面约2倍隧道洞径后,沉降值趋于稳定;拱顶沉降与纵向地表变形规律基本一致;围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。     

残积土中地铁隧道的有限元分析

对巴西圣保罗市地铁扩建项目的弹塑性有限元分析进行了讨论。对原状土样做了试验以研究残积土的本构特性,并确定了一个不相关联的弹塑性本构模型,使其反映在地铁隧道开挖典型应力路径下残积土的特性。提出了模拟开挖的应力释放法,根据这一方法可用二维有限元计算在隧道开挖三维过程中土体的响应,从隧道的实测结果与有限元计算的结果对比中可看出两者比较吻合。     

列车振动作用下沉管地基砂土液化可能性研究

根据土动力学和轨道动力学的原理 ,利用列车 轨道系统动力分析模型和提出的隧道结构 地层动力分析模型 ,分析高速列车作用下沉管地基的动力响应 ,根据模型计算了京沪高速铁路南京上元门沉管隧道地基在高速列车作用下的动剪应力分布 ;通过对现场地质资料的回归分析得到了沉管隧道 3个典型断面的地基抗液化剪应力 ,据此分析了沉管地基在高速列车作用下的液化可能性 ,以便为沉管隧道的进一步设计施工提供参考     

软弱富水地层浅埋暗挖隧道地表沉降和支护结构受力的模型试验

以莞惠城际轨道交通工程项目GZH-5标段中DK32+300~DK32+927.303段为背景,通过2组模型试验,其中一组无超前注浆,另一组进行超前注浆,研究软弱富水地层浅埋暗挖隧道地表沉降和支护结构受力规律及超前注浆对其受力变形造成的影响,最后,针对软弱富水地层浅埋暗挖隧道施工,提出几点隧道工程设计和施工的相关建议。     

铁路下穿式结构施工受轮轨作用力的影响分析

针对既有线下隧道施工引起的轨道变形而加大轮轨作用力的情况,以在建地铁南京站为例,通过弹塑性动力有限元法分析行车动荷载对轨下施工中隧道的影响,同时分析了由于轨下构筑物的存在对路基内动应力的影响。分析中采用轨枕—道床全支承模式,土体采用理想弹塑性动本构模型,分别考虑了轨道不加固情况和采用D24型便梁加固两种情况,计算得到了隧道上覆土体及隧道初衬结构的动力响应。对两种情况的计算结果进行比较,表明对线路采取便梁加固后,隧道拱部土层的附加动应力减小了76%,而初衬的附加动应力减小了58%,便梁加固时减小了列车动荷载对施工期隧道的影响,有利于初期支护的施工;轨下构筑物的存在将减弱列车动应力往深层传递的衰减,在既有线路的地下构筑物施工中应引起重视。     

泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性影响分析

以昆明地铁3号线工程为依托,运用有限元动力分析研究泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性的影响,为泥炭质土层盾构隧道衬砌结构抗震设计提供理论指导。结果表明:当隧道周围地层中富含泥炭质软弱夹层时,在地震荷载作用下,隧道结构受力形态呈"椭圆"状,隧道结构轴力、弯矩及主应力减小幅度较大,剪力略小,其中,两侧泥炭质土夹层组合减小幅度最大,对隧道抗震最为有利;当隧道上覆和下卧泥炭质土层时,地层交界面与隧道结构的接触点产生异常的动应力集中,是隧道结构抗震的薄弱环节,因此,盾构隧道的设计、施工应充分考虑隧道结构外侧岩土体的不均匀性,以确保隧道的长期安全性。     

基坑工程开挖支护的数值计算分析

在详细分析地质条件及支护设计的基础上,运用ABAQUS软件,建立非对称分布土层的计算模型,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,对基坑开挖支护过程中土体变形和支护应力进行数值仿真。结果表明,基坑四周土体变形和围护结构内力均随开挖深度的增加而增大,当基坑两侧土层呈非对称分布时,基坑开挖过程中土层较薄一侧的土体将向远离基坑方向变形,施工过程中及时设置支护结构能有效地减少土体变形及上部支撑的内力。     

破碎地层交叉隧道开挖稳定性研究与控制

通过建立仿真模型,分析了交叉隧道中间岩柱的稳定性与位移变化规律。结合位移及应力特征,提出了3种中间岩柱的处理方案。通过仿真模型计算,比较了3种方案中隧道静态受力状态下的位移,及施工状态下的围岩位移,选择了锚网喷+U型梁+中间岩柱预应力锚索的中间岩柱处理方案。通过工程实例验证了中间岩柱处理方案的可行性。     

矿山法隧道下穿高层建筑锚杆基础影响分析

为保证矿山法隧道下穿浅基础高层建筑的安全性,确保高层建筑抗倾覆能力不被削弱,采用有限元分析方法,结合规范要求,分析矿山法在隧道下穿浅基础高层建筑过程中建筑抗拔锚杆基础受到的影响;对比地层加固前后锚杆基础的受力状态,分析地层加固的作用效果。有限元分析及规范公式计算表明：隧道开挖引起锚杆基础周边地层向隧道方向位移变形,对锚杆基础起到拉力作用,导致高层建筑的抗倾覆安全系数降低;地层注浆加固措施能有效减少隧道施工对锚杆基础的影响,注浆范围可根据隧道施工影响线进行优化。     

浅埋暗挖小净距隧道应力集中现象分析

研究目的:小净距隧道暗挖施工中,由于邻近导洞之间土柱应力集中,影响其安全状态和邻近后行隧道的施工,并影响到先行隧道的安全,严重的还可能造成周边建筑物、地中管线等设施的破坏。因此,对浅埋暗挖小净距隧道应力集中现象进行分析,对保证施工安全十分重要。研究结论:本文结合宣武门车站小净距群洞暗挖施工,通过实测数据分析应力集中现象,量化了群洞施工时中间土柱的应力应变效应,分析了土柱沉降规律、土压力变化特征,监测结果显示:(1)相邻导洞中土柱体中间部位沉降值最大,达到-14.8 mm,是其他区域的1.1～2倍,土柱体的沉降与土压力的关系和理论分析吻合,表明该部位产生明显的应力集中;(2)后行隧道对先行隧道产生微小的拉力作用。同时,按照开挖面与监测点的距离,对土柱沉降规律和土压力变化规律进行阶段划分,为采取措施降低应力集中现象提供依据。