盾构隧道开挖引起邻近桩基响应的时空效应

为研究软粘土地层中隧道开挖期和运营期的桩基响应,文章借助有限差分软件FLAC3D,通过采用精细模拟法进行CVISC模型下盾构隧道分步开挖数值模拟,得出了桩基响应随隧道开挖和流变时间的变化情况,全面分析了考虑土体流变特性时盾构隧道开挖引起邻近桩基响应的空间效应、时间效应以及群桩的遮拦效应.结果表明:隧道开挖对桩基的影响主...     

不同埋深双隧道开挖对邻近群桩承载能力的影响研究

隧道开挖将不可避免地对其邻近桩基的承载能力产生影响。文章首先对离心模型试验进行了阐述,接着基于地层损失比的位移控制有限单元法(DCM)对试验结果进行土力学物理参数反分析,最后采用数值模拟对隧道与群桩相对位置的几个典型工况进行拓展分析。研究结果表明:当群桩整体位于隧道侧上方时,双隧道开挖对群桩桩顶沉降影响最为显著,如隧道上覆土厚度(C)与隧道直径(D)之比为3.7时,其桩顶沉降值可达5.51%dp(单桩直径);当隧道底与桩底齐平时,双隧道开挖完成后群桩承载能力相对双隧道位于桩身范围和位于桩端底部时反而增强;当隧道轴线位于桩身范围内时,群桩各基桩荷载传递机理与摩擦端承桩相似;当隧道轴线位于桩端以下时,群桩各基桩荷载传递机理与端承摩擦桩相似。     

基坑开挖对邻近桩基竖向受荷性状的影响

软土地区基坑开挖时一个重要的环境问题是土体移动对邻近桩基的影响。文章通过建立三维有限元模型,对软土地区中基坑开挖对邻近桩基竖向受荷性状影响进行研究。研究结果表明,基坑开挖前后桩基轴向抗压承载力减小约13.6%,并且引起既有承受竖向荷载的邻近桩基产生可观的附加沉降。为此,针对桩土接触力随基坑开挖的变化规律进行了系统的分析,并基于分析结果,通过考虑开挖后桩侧极限摩阻力的降低,对单桩沉降计算的荷载传递法进行改进,使得能考虑开挖对邻近桩基竖向受荷性状的影响。     

考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究

文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。     

软土地区狭长型深基坑开挖引起深层土体变形分析

在深厚软土地层中开挖狭长型深基坑将对周边环境产生较大影响。文章通过建立三维有限元模型,采用HS-Small小应变本构模型模拟狭长基坑开挖过程软土变形特性,分析在狭长基坑开挖过程紧邻土体深层位移发展规律。结果表明:邻近土体竖向及水平位移对基坑开挖深度敏感,随着基坑开挖深度的增加而增大;水平位移发展曲线呈V形或弓形形态,最大水平位移基本与开挖深度一致;开挖深度以上土体发生沉降变形,而开挖深度以下土体由于基坑卸荷发生隆起变形;当拆除支撑而不及时施作新梁板结构时,将减弱整体支护刚度,引起地层水平位移与沉降。由于基坑空间效应影响,基坑长边测点水平及竖向位移最大,短边测点次之,坑角最小。     

复杂条件下浅埋暗挖地铁车站施工地表沉降规律分析

文章以沈阳地铁中街站大跨度隧道工程为研究对象,应用FLAC3D计算软件,对复杂条件下浅埋暗挖大跨度隧道引起的地表沉降变形特征进行了数值模拟。根据洞桩法施工开挖方案,紧密结合工程实际,将动态施工开挖过程划分五个工况进行模拟,分析各施工工况对地表变形的影响和分布规律,并按工程信息化施工要求事前将预测数据提供施工单位,以指导施工控制地表沉降。模拟结果表明,采用洞桩法开挖施工过程中,对地层土体扰动较大,明显影响隧道中心附近地表变形的步序是小导洞开挖和初期支护扣拱施工阶段,约占最终沉降量的70%;而其他步序影响较小。最终,地表沉降在隧道横向分布呈"W"形态。模拟结果与现场监测数据具有较好的拟合性,表明利用数值分析方法预测大跨度隧道施工期地表沉降是可靠的。     

软土地区轨道交通盾构隧道运营期纵向沉降规律研究

软土地区隧道沉降是多种因素影响的综合反映,大体可以分为自身施工扰动、运营期内部因素影响和运营期外部环境变化引起的3大类。结合上海轨道交通多年沉降监测数据,对软土地区盾构隧道纵向沉降的主要构成、基本规律进行了分析和研究,提出控制隧道纵向沉降的主要措施,供类似工程参考。     

小净距双线隧道侧穿邻近建筑物施工安全分析

为确保在建筑物、电塔侧下方土层中安全顺利地完成小净距双线隧道建设。通过建立有限元模型进行施工模拟,分析采用双侧壁导坑法、长短洞顺序进行开挖施工过程中,隧道周边围岩位移应力场、建筑物与电塔竖向沉降分布及变化规律。结果表明：右线第1个循环开挖阶段导致隧道围岩位移急剧增加,及时施作衬砌后得到有效控制;施工完成后隧道上方土层呈W型分布,隧道开挖对建筑物影响较小。电塔沉降主要受左洞开挖的影响,左洞土体全部挖空后,其沉降达到最大值。整个施工阶段中隧道围岩稳定性较好,建筑物与电塔沉降值及整体倾斜满足规范要求,可为工程施工提供一定借鉴。     

软土蠕变对隧道结构荷载及变形的影响分析

软土的蠕变特性会削弱土拱效应,导致作用在隧道结构的土压荷载及隧道变形随时间发生变化。文章考虑软土的粘滞性,选取时间硬化法则与Druker-Prager屈服准则耦合的蠕变模型,结合上海地区软粘土的室内三轴流变试验数据,采用数值分析软件ABAQUS建立有限元模型,分析软土蠕变特性对隧道-地层接触压力的影响以及隧道的变形与内力等随时间的变化规律,并进一步探讨软土蠕变对土拱效应以及隧道长期受力性能的影响,研究结果对软土隧道设计中长期荷载的合理取值具有重要意义。     

软土盾构隧道掘进对邻近浅基础建筑物影响研究

软土地区盾构隧道施工会对邻近建筑物的变形、内力产生一定程度的影响,造成该影响的因素包括盾构施工工艺、地基特性及建筑物自身特点等。文章以盾构施工轴线上方的浅基础建筑物为研究对象,基于土体损失计算理论,建立了建筑物与基础、地基协同作用的力学模型。结合实际工程,采用1stopt软件求解弹性地基上建筑物弯曲的微分方程,分析了隧道轴线上方建筑物沉降、倾斜以及内力随盾构开挖面位置变化而变化的分布规律。选取建筑物内出现最大正弯矩和最大剪力时的开挖工况,研究土体损失率、建筑物刚度、地基基床系数等引起建筑物内力变化的关键因素及影响规律。研究成果可为今后盾构掘进区建筑物的保护、设计和施工提供理论计算基础。     

基坑开挖对下方已建隧道的影响与控制方法研究

基坑开挖对下方已建隧道的影响主要体现在坑底土体回弹引起已建隧道的上抬变形。从基坑开挖时空效应的角度看,坑底土体回弹变形量与坑底土体的卸荷应力水平以及坑底土体卸荷暴露的时间密切相关。控制基坑开挖对下方已建隧道的影响,可综合采用大坑变小坑、分区块开挖、坑底及时压重加载、隧道周围土体加固与设桩以及信息化施工等控制方法。     

不同本构模型对浅埋暗挖隧道施工引起地层扰动分析

为了研究不同本构模型对浅埋暗挖隧道施工引起地层扰动的影响,本文基于FLAC3D软件,将莫尔库伦(Mohr-Coulomb,MC)本构模型以及Peck公式计算隧道开挖引起的地表处地层沉降进行对比,结果表明,与Peck公式的计算结果相比,MC模型的计算结果在隧道中心线处的沉降量较小,且在远离隧道中心处的地层出现明显隆起。在此基础上,分析了发生隆起的原因,提出由于隧道下方的回弹土体受到刚度较大的衬砌的约束,从而引起地面产生隆起的假设,并在降低支护结构的刚度条件下,证明了该假设的准确性。通过进一步采用MC模型和修正剑桥(Modified Cam Clay,MCC)本构模型进行对比计算分析,发现MCC模型计算在地表各处的沉降量与Peck公式计算结果基本吻合,均大于MC模型的预测,而且MCC模型能避免地表非真实隆起的产生。可见,相较于MC模型,MCC模型更适于软土地层浅埋暗挖隧道的地表沉降预测。     

地铁隧道运营中复杂软土地层的动力响应

随着滨海城市地铁与地下空间开发在广度和深度上的发展,软土地层中地铁运营对周围岩土环境带来的力学问题备受关注。文章采用可以描述土体循环交变荷载作用性质与长期累积变形特性的移动硬化弹塑性本构模型,建立有效应力框架下的水-土耦合有限单元-有限差分数值模型,并选取合适的轨道基床振动荷载,对埋置于复杂软土地层中的苏州地铁一号线运营中轨道振动荷载长期循环作用下隧道周围土体动力学响应进行分析研究,包括土体有效应力响应变化特征、超孔隙水压发展规律以及地层沉降等。随着地铁振动荷载循环次数增加,土体沉降位移与超孔隙水压持续增大直到稳定状态。其发展规律表明,地铁运营振动荷载对周围岩土环境影响范围大,持续时间长。尤其是渗透性较小的软土地层,长期循环荷载作用下土体累积塑性变形引起的地层沉降稳定性成为地铁隧道运营不可忽略的重要问题。本研究可为地铁隧道运营中的地层环境安全与稳定性评价提供一种合理有效的分析预测方法。     

大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究

文章以采用土压平衡矩形顶管法施工的内蒙古科技大学地下通道为背景,采用理论分析、数值模拟、现场监控量测等手段,对砂砾石地层条件下矩形顶管开挖面的主动和被动破坏规律进行了研究,主要得到了以下结论:(1)考虑顶管隧道开挖面为矩形断面的特点,建立梯形楔体计算模型,推导出开挖面主动破坏时的极限支护应力计算公式并应用于实际工程,采用该公式计算得到的极限支护压力与数值模拟计算结果相差较小,两种研究方法得到了相互验证;(2)采用FLAC3D数值模拟得到的地表沉降槽与实测地表沉降槽形态基本相似,近似服从正态分布,且地表沉降值基本接近;(3)随着支护应力比的减小,开挖面塑性区逐渐由开挖面前方向斜上方发展,当支护应力比为0.165时,开挖面前方土体水平位移骤然增加,开挖面塑性区延伸至地表,土体丧失整体稳定性,发生主动破坏,且从开挖面失稳后地表塑性区扩展形态来看,基本接近梯形楔形体形状,从而验证了解析公式计算模型的合理性;(4)随着支护应力比的增大,开挖面前方土体塑性区自开挖面顶部向地表斜上方延伸,当支护应力比为3.0时,塑性区发展至地面,此时土体失稳,发生被动破坏,其塑性区范围远小于主动破坏时的塑性区。     

泥岩隧道仰拱长期稳定性分析——以新疆达坂地质区某隧道为例

以新疆达坂地质区某隧道为例，分析泥岩隧道仰拱的长期稳定性。通过基于隧道岩体结构、岩块强度和长期变形监测数据的分析，运用H-B强度准则和BP神经网络算法获取监测隧道岩体的力学和蠕变参数。借助FLAC 3D软件内置的CPOWER模型，建立典型断面的数值模拟模型，以分析泥岩流变效应下不同衬砌支护强度和仰拱曲率半径对隧道仰拱运营期稳定性的影响。结果表明：考虑泥岩流变时，隧道的主要变形是仰拱中心的隆起。初次增大支护强度或减小仰拱曲率半径对改善隧道结构的受力、控制围岩变形以及加快围岩的稳定都产生显著效果；然而，随着支护强度持续增大或仰拱曲率半径持续减小，这种控制效果逐渐减弱。当将支护强度从I16工字钢逐渐增大到双层拱架时，仰拱中心的隆起量仍然有11.14 mm；而将仰拱曲率半径从16 m减小到14 m时，仰拱中心的隆起量从33.7 mm减小到3.37 mm，最终的位移满足隧道后期运营的要求。减小仰拱曲率半径比增大支护强度更能有效地从根本上控制仰拱中心的隆起，同时使围岩和支护结构的受力更加均匀；在施工阶段适当减小仰拱曲率半径后，隧道已处于相对平衡状态，流变效应对隧道的应力状态影响不大。     

地铁隧道运营中复杂软土地层的动力响应北大核心CSCD

随着滨海城市地铁与地下空间开发在广度和深度上的发展,软土地层中地铁运营对周围岩土环境带来的力学问题备受关注。文章采用可以描述土体循环交变荷载作用性质与长期累积变形特性的移动硬化弹塑性本构模型,建立有效应力框架下的水-土耦合有限单元-有限差分数值模型,并选取合适的轨道基床振动荷载,对埋置于复杂软土地层中的苏州地铁一号线运营中轨道振动荷载长期循环作用下隧道周围土体动力学响应进行分析研究,包括土体有效应力响应变化特征、超孔隙水压发展规律以及地层沉降等。随着地铁振动荷载循环次数增加,土体沉降位移与超孔隙水压持续增大直到稳定状态。其发展规律表明,地铁运营振动荷载对周围岩土环境影响范围大,持续时间长。尤其是渗透性较小的软土地层,长期循环荷载作用下土体累积塑性变形引起的地层沉降稳定性成为地铁隧道运营不可忽略的重要问题。本研究可为地铁隧道运营中的地层环境安全与稳定性评价提供一种合理有效的分析预测方法。     

基坑施工对下方既有盾构隧道结构变形影响分析

文章针对骑跨于既有盾构隧道之上的基坑工程,按实际工况进行了开挖支护的平面应变有限元模拟,其中土体采用修正剑桥弹塑性模型.计算结果表明:隧道开挖致使周边土体呈X形的塑性区,且地下连续墙对于该塑性区开展有遮挡效应;当隧道位于基坑开挖中心线正下方时,隧道几乎不发生水平位移,且基坑开挖对位于其下方的已建隧道的竖向位移的影响较水平位移大,故当地下连续墙端部与隧道竖向间距足够大,隧道拱底与拱顶水平位移逐渐趋于相同.     

临近端头井盾构开挖引起土体沉降数值分析北大核心CSCD

文章以南昌地铁2号线雅苑路站施工为例,基于小应变硬化土体(HSS)本构模型,建立从端头井始发的双线盾构隧道掘进模型,分析了基坑开挖与双线盾构掘进共同作用下的土体沉降规律。结果表明:(1)加固盾构始发区土体可有效减弱区域范围内地表沉降,该区域内地表沉降量远小于区间隧道沉降量;(2)在同一埋深条件下,先建隧道地表沉降最大值高于后建隧道地表沉降最大值,地表横向沉降槽呈现非对称W型;(3)基坑开挖与盾构掘进共同作用下引起的地表沉降值,可以由二者单独作用产生的沉降值叠加计算得到。     

土体力学参数随隧道施工动态变化对地层扰动影响的研究

文章基于土的三相体系,并依据隧道施工对土体扰动区域的划分,推导得出土体孔隙比与体应变的关系;运用有限元法计算不同区域的体应变,参考土体力学参数与孔隙比的关系,计算扰动土体力学参数在隧道开挖前后的变化,进而研究考虑土体力学参数变化与否对地层扰动的影响差异。计算实例分析表明:相对于假设隧道开挖过程中土体力学参数恒定的情况,在考虑土体力学参数改变情况下地表最大沉降增大8.1%,塑性区域范围面积增大55.6%。     

双连拱隧道施工工序的有限元分析及施工监测研究

本文以哈尔滨保健路隧道工程为背景,采用有限元软件,根据工程实际条件,建立二维模型对隧道开挖步序进行有限元模拟分析,比较了采用不同的施工工序对隧道结构的影响。同时,根据施工中反馈的监测数据,对其进行整合和态势分析,得到了软土地层浅埋暗挖双连拱隧道在施工开挖中的地表沉降、拱顶沉降等实际数据,进一步获取了围岩稳定性、支护效果的信息和经验。