近接群桩盾构隧道衬砌管片变形特性研究

基于合肥地铁1号线某区间段盾构隧道施工近接群桩基础工况,文章通过Midas软件模拟盾构掘进过程,着重关注管片的变形和内力变化情况,同时模拟不同注浆压力大小或隧道是否近接群桩状态下的盾构掘进过程,对其计算结果中隧道管片的内力及变形的影响程度进行对比分析。结果表明:注浆压力在0.1~0.4 MPa范围内,随着注浆压力的增加盾构隧道掘进过程中管片的内力与变形均增大;盾构隧道在近接群桩的施工中,管片的内力与变形均受到了群桩的抑制作用,且与管片距离桩基远近相关,其中距离桩基最近位置处的管片水平位移的抑制现象更为明显。计算结果能为其他类似近接施工中研究隧道管片的内力与变形特性提供参考。     

盾构隧道穿越桥梁桩基群的桩基托换技术研究

为探析盾构隧道穿越桥梁桩基群中桩基托换过程的受力转换机理及盾构隧道掘进对群桩基础结构的影响,文章以深圳地铁10号线盾构隧道穿越广深高速桥梁桩基群为工程背景,采用FLAC~(3D)开展桩基托换与地铁隧道施工的数值模拟。研究结果表明:桩基托换后,桥梁荷载体系从桥面板→桩基→地基土转换为桥面板→既有桩基+托换桩→地基土,被托换桩的上覆荷载能够有效地转移到新建托换桩上;在桩基托换与盾构掘进过程中所产生的沉降变形能够提高桩端阻力与桩侧摩阻力,使得桩基结构的最大主应力有所降低;桥梁桩基沉降量以盾构隧道推进过程中由地层损失和掘进扰动产生的沉降变形为主,桩基托换所产生的沉降量占总沉降量的20%~30%;桩基沉降变形、侧向位移与主应力降低效应均主要表现在托换桩上,非托换桩变化不大;盾构隧道管片衬砌结构变形主要产生在桩基托换区域附近,且以沉降变形为主,水平位移较小。     

泥质粉砂岩地层中后行盾构隧道近接施工对大断面矿山法隧道的影响研究

两条以上隧道近距离施工时,将导致既有隧道与新建隧道结构的受力变化,带来工法、工序与施工对策优化等问题。文章以长沙轨道交通3号线盾构隧道近接大断面矿山法隧道施工为工程依托,针对泥质粉砂岩地层,采用数值模拟和模型试验的手段,研究盾构隧道近接矿山法隧道施工的影响规律,并基于地表沉降准则提出影响分区。研究表明:盾构法隧道施工中,盾构开挖距离研究断面1倍洞径至研究断面完成管片拼装这一过程,是引起对应地表沉降增加及既有矿山法结构附加位移增长的主要阶段;对矿山法隧道结构的影响以竖向附加变形为主,具体表现为矿山法隧道整体上浮,越靠近盾构隧道的结构受影响越大;内力影响表现为矿山法隧道结构内力不均匀变化,靠近盾构隧道一侧结构受压加强,远离盾构隧道一侧结构易发生受拉破坏。     

城际铁路隧道与邻近建筑物的相互影响研究

城际铁路隧道不可避免地要下穿建筑物密集的市区,其开挖施工会引起地表沉降,危及建筑物的安全,因此评估城际铁路隧道和邻近建筑物的相互影响就成为迫切需要解决的问题。文章以实际工程为例,将隧道、地基和上部结构作为一个整体,系统地研究了建筑物和下穿隧道的相互影响,针对不同的施工工法和不同的地质情况进行了敏感性分析,并对各类工程措施的效果进行了评估。研究结果表明,基础桩端嵌入地层性质对建筑物沉降、结构内力以及后续的加固处理措施影响很大;相对于隧道不同部位的桩基受隧道施工的影响各不相同,隧道正上方和侧上方45°附近桩基受开挖影响较大;同样地层情况下,盾构法开挖后建筑物的沉降和内力值要比矿山法低;桩基托换对整体沉降的控制要好于加固地层措施,然而桩基托换措施却增大了建筑物局部变形和内力值;建筑荷载作用位置附近隧道段内力会有所增大。因此需要预计各类可能的情况,并根据具体情况综合采取相应的措施。     

流变性软土隧道施工与运营期群桩响应分析

在软土隧道施工与运营期间,隧道周围土体沉降会对附近建筑物产生不利影响。文章采用两阶3D段分析方法,借助有限差分软件FLAC探讨在考虑软土流变特性时隧道施工期与运营期的土体沉降与邻近群桩受力情况。在第一阶段,当隧道处于开挖阶段时,采用位移控制法分析隧道开挖引起的土体短期沉降,将模型中的土体沉降槽曲线、桩体挠度、沉降、弯矩、轴力与相关文献计算结果进行对比,验证数值模型的正确性。在第二阶段,当隧道处于运营期时,采用CVISC流变模型对土体长期沉降与群桩附加受力进行计算,探究CVISC模型中4个参数对土体变形及群桩响应的影响,并提出隧道运营期长期沉降拟合公式。     

基坑开挖引起邻近既有地铁隧道位移计算的研究

文章考虑基坑坑底和侧壁的开挖卸荷应力以及坑底围护结构的遮拦效应,基于Mindlin位移解公式,提出了一种半解析半经验解方法,推导得到了基坑开挖引起邻近既有隧道位移的计算公式,分析了基坑尺寸、与隧道相对位置的改变以及加固控制措施对既有地铁隧道位移的影响。研究结果表明:隧道的水平和竖向位移随着隧道埋深的加大而有所增加;随着基坑与隧道净距的减小,隧道位移则明显增大;基坑开挖长度的增加对隧道位移影响较小,而基坑开挖宽度和开挖深度会对隧道位移产生明显影响;该方法可以考虑加固控制措施的效果,随着基坑围护结构应力损失率的减小,隧道最大水平位移呈线性减小,但隧道竖向位移变化不大。     

软流塑地层暗挖法截除盾构前方桩基群关键施工技术

在软流塑地层中采用暗挖法截除盾构前方桩基群的做法尚属首例,软土暗挖与截桩交替进行,风险与难度极高。文章依托南京地铁3号线大明路站—明发广场站盾构区间下穿宁溧路夹岗过街箱涵工程实例,针对该地层中桩基群与盾构隧道的特点和限制条件,采用暗挖法先开挖上半断面并封闭成环,再施作洞内竖井并开挖下半断面,同时采用劈裂机和人工风镐微扰动截桩技术,解决了软土开挖易变形、截桩振动大、开挖面暴露时间长易坍塌等风险,同时缩短了工期,可为后续类似条件下的工程施工提供参考。     

近接桩基盾构隧道施工管片力学行为研究

盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现局部破损现象。文章以深圳地铁5号线近接桩基时盾构隧道施工为研究背景,通过现场测试对衬砌所承受的轴力和弯矩进行了分析,以此来探究盾构隧道管片的力学特性。研究结果表明:上覆建筑物的全风化花岗岩层中,管片脱出盾尾后桩基荷载将传递给隧道上部土体,最后传递至衬砌管片,管片环受到较大的附加应力作用;管片刚拼装上时试验环内力较小;当管片脱出盾尾时其内力达到最大值;稳定后的管片内力一般相较刚脱出盾尾时稍小。由于岩层破碎且极度发育,透水性好,孔隙水压力变化速度较快,且能较快趋于稳定。     

隧道基坑开挖对邻近建筑物影响分析

基坑的开挖对邻近建筑物会产生较大的影响,引发建筑物沉降、结构变形等问题,威胁建筑物的安全。为研究盾构隧道基坑开挖对邻近建筑物的影响,以某隧道明挖段及盾构井基坑开挖为背景,通过数值模拟的方法分析了基坑开挖引发邻近建筑物的位移变化。结果表明：基坑开挖完成后,建筑物最大沉降值在远离基坑一侧,靠近基坑一侧发生隆起;建筑物桩基向基坑一侧发生位移,楼顶有向远离基坑方向的位移。建筑物总体位移值较小,无倾覆风险,验证了基坑开挖方案的安全可靠。     

桩-土效应对连续梁桥地震响应的影响研究

为了研究桩-土效应对桥梁地震响应的影响,以某典型高速公路连续梁桥为工程背景,根据Winkler地基梁模型模拟桩-土效应,采用非线性时程分析方法对比研究了桩-土效应的影响。分析结果显示:考虑桩-土效应和桩基材料非线性以后,桥梁结构的自振周期将大幅增大,增幅达82%;由于桥梁结构刚度的下降,基阶周期的增大,使得各墩墩底截面的内力响应出现较明显的下降。研究结果表明,在桥梁的抗震分析中,若不考虑桩-土效应和桩基非线性,将导致桥梁结构动力特性分析以及墩柱地震内力响应的计算出现不可接受的误差。     

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。     

地铁施工对邻近桥梁桩基础内力影响分析

文章采用数值方法研究了城市盾构隧道施工对邻近桥梁单桩、两桩、四桩基础的应力与位移的影响,研究结果表明:(1)隧道施工使单桩近隧道侧轴向应力减小,远隧道侧轴向应力增大,其影响程度随桩与隧道水平距离的增大而减小;(2)隧道施工下穿两桩或四桩群桩基础后,桩身近隧道侧轴向应力增大而远隧道侧轴向应力减小;(3)隧道施工对群桩的影响远大于单桩,其中距隧道较远桩顶两侧应力差在隧道施工后显著增大,承台距隧道较近时远隧道桩上部混凝土可能承受拉应力作用;(4)桩竖向位移随桩与隧道距离增大而减小,若桩底位于隧道底面以下,则隧道施工后桩产生较小沉降值;(5)桩受隧道施工影响一般在桩顶水平位移最大处,桩与隧道较远时位移值随桩深线性减小,较近时呈非线性减小趋势,其中桩上部位移沿桩深减小较快,桩下部位移收敛到定值,桩顶位移在桩与隧道一定距离时最大。     

基坑工程对运营地铁隧道影响的实测分析

杭州市某地下通道工程上跨已运营的杭州地铁1号线盾构隧道,其基坑上跨段地质条件及周围环境复杂,需对其引起的既有隧道的变形进行严格控制,因此设计中针对性地采取了地基加固、分段开挖等施工控制措施。文章针对桩基工程阶段和基坑开挖阶段的隧道监测数据,研究分析了不同施工阶段盾构隧道竖向位移、水平向位移及收敛变形的规律和特点。实测结果表明:桩基工程施工可引起隧道的竖向下沉(最大值为5 mm),对水平径向收敛影响不大;基坑开挖可引起隧道的上浮(最大值1.9 mm)及水平径向收敛变形,对水平位移影响不大。     

地铁盾构隧道施工对近接桩基的影响研究

采用三维有限元方法对盾构隧道近接桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基位移的变化规律.模型中实现了盾构施工过程的步步掘进模拟,采用了接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,并考虑了注浆层硬化的时间过程.计算结果表明,盾构隧道修建时,既有桩基将产生沉降和倾斜,桩基与土体的沉降差导致它们的接触面在地表处产生滑移,桩基顶部向隧道侧挤压,而在另一侧与土体脱离.施工参数的敏感性分析表明,增大顶进力会增大施工期间的桩基倾斜率,但对最终倾斜率影响不大;增大注浆压力则将增大桩基的最终倾斜率.该工作可为类似工程的施工提供参考.     

基坑开挖对下卧既有隧道变形影响数值分析

文章以粉土中既有隧道上部基坑开挖为例,采用ABAQUS有限元软件建立模型,在考虑了四种工况的基础上,分析基坑开挖对隧道顶部和底部位移、隧道水平位移、基坑底部位移以及桩墙位移的影响。结果表明:基坑开挖会引起隧道向上隆起,且隧道顶部隆起值大于底部隆起值,隧道底部隆起值大约为隧道顶部的60%～70%,隧道向上隆起速率与基坑开挖深度基本呈线性增长关系;随着基坑的开挖,隧道两拱腰向内部收敛,最大水平位移发生在隧道拱腰位置;随着基坑开挖深度的增加,基坑底部隆起增大,且隧道的存在对基坑底部的竖向变形影响较小,基坑中部隆起值略大于两侧;桩墙顶部水平位移最大,随着土体深度的增加,桩墙的水平位移逐渐减小。     

桩土效应对桩柱式桥墩地震响应的影响分析

文章以桩柱式桥墩为研究对象,建立桥墩有限元动力分析模型,采用反应谱法计算分析考虑桩土效应和不考虑桩土效应时桥墩地震响应的差异,并以土体性质和桩长为参数,分析土弹簧刚度及桩长的变化对地震响应的影响。研究结果表明:桩土效应对桥墩地震响应的影响不可忽略,不考虑桩土效应时,墩底的内力偏安全,墩顶位移偏危险;随着桩长的增加,墩底横向剪力和弯矩减小,变化幅度随土体比例系数m值及墩高的增大而减小。     

爆破地震波作用下深埋圆形隧道围岩质点振动规律研究

开挖爆破产生的地震波会诱发邻近隧道的动力响应,并影响其安全和稳定。文章采用数值模拟方法,分析了爆破地震波中的P波与邻近圆形隧道的相互作用,研究了不同工况下围岩质点振动分布规律。计算结果表明,应力波通过圆洞时,围岩中质点的振动方向将在洞壁附近发生微小的偏转,同时将使洞壁附近围岩的质点振动速度大于或小于振源速度,具有显著的质点振动缩放效应。振动频率、隧道尺寸、围岩性质,以及波长-洞径比对其质点振动速度的缩放效应的影响都较为显著。     

基坑开挖对相邻盾构隧道变形的影响研究

文章就基坑开挖对盾构隧道结构的破坏进行研究,建立了基于基坑与隧道不同距离、不同隧道管片厚度的有限元模型,分析了不同厚度盾构隧道管片的位移场及纵向变形。得出以下结论：(1)相邻基坑开挖会引起位移过大、沉降、盾构隧道结构变形,造成断裂增多、漏水、渗漏等结构破坏;(2)随着隧道与基坑距离的减小,隧道变形不断增大,当距离<30 m时,管片厚度的增加大大改善了结构变形;(3)管片厚度的增加对纵向变形阻力没有明显影响。此外,当隧道与基坑距离<50 m时,应采取附加防护措施,以减少隧道纵向变形。     

山区小净距三洞浅埋偏压隧道开挖顺序分析

为研究浅埋偏压条件下小净距三洞隧道的开挖力学响应,文章通过数字地面模型和有限差分软件FLAC 3D建立了考虑原地表的三洞隧道三维模型,基于现场岩体参数开展了开挖顺序的影响分析,讨论了三洞隧道开挖的围岩变形模式和最优开挖顺序。结果表明：在偏压小净距三洞隧道开挖中,先行洞的开挖位置会影响其沉降变形大小和围岩的沉降变形模式,先开挖边侧洞对另一侧的沉降影响较小,先开挖中间洞则会对两侧边洞造成较大沉降影响;在小净距三洞隧道开挖中,隧道净距对沉降造成的影响大于开挖顺序;三洞开挖顺序的4种工况中,选择中间洞最后开挖的两种开挖顺序沉降变形相差不大,选择由一侧顺序开挖至另一侧的两种开挖顺序较优。     

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。