类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。     

小净距重叠盾构隧道下穿铁路线施工安全技术研究

为了解决小净距重叠隧道下穿准高速铁路的安全施工问题,采用数值计算的方法,对上下重叠隧道不同施工顺序引起的地层变形、管片结构位移和受力情况进行分析。结果表明,采用"先下后上"开挖方式时,地表沉降、隧道管片结构竖向位移及其弯矩均小于"先上后下"开挖方式。当采用"先下后上"盾构掘进时,上隧道引起的最大地表沉降为13. 934 mm;采用"先上后下"时,最大地表沉降为15. 516 mm(沉降控制值为10 mm)。对铁路线路、上下隧道间夹层土体和铁路路基软土进行加固后,地表沉降数值计算值为9. 525 mm,实际观测最大值为5. 9 mm(均在控制值范围内)。该研究结论为重叠隧道顺利下穿准高速铁路施工提供了关键技术支持。     

地铁盾构施工对邻近建筑物桩基的影响研究

在地铁工程建设中,盾构法施工得到推广使用。而当近距离侧穿建筑物的桩基时,盾构推进会对桩基周围土体及桩基产生影响,从而引起地表沉降,危及建筑物的安全。此文以深圳地铁某隧道区间盾构施工近距离侧穿一建筑物桩基为工程背景,选取桩基与隧道间距最小的断面,采用有限元软件,建立数值计算模型,研究盾构推进对桩基周围土体及桩基的影响程度,以及造成的地表沉降。研究结果表明:桩身最大侧向位移出现在隧道轴线位置附近,桩的竖向沉降量沿桩长变化很小,桩身弯矩沿桩身分布,有正弯矩区和负弯矩区,桩身轴力沿桩长逐渐增大,到隧道轴线位置时达到最大值。隧道顶正上方地表沉降最大,为12.6 mm,两侧沉降量逐渐减少,形成一个横向沉降槽。     

双线隧道盾构掘进对地表沉降影响的数值分析

研究目的:在双线隧道盾构掘进过程中,先开挖隧道地层变形会对后开挖隧道地层变形产生不可忽视的影响,导致双线隧道盾构掘进完成后地表沉降存在差异性。依托天津地铁某盾构区间隧道掘进工程,基于FLAC3D软件建立隧道掘进过程的有限元模型,从隧道开挖变形、地表沉降的角度分析先挖线路对后挖线路变形特征的影响,验证双线隧道盾构施工导致地表沉降的叠加效应。为保证盾构掘进过程中地表沉降不超标,通过数值模拟分析盾构土仓压力、同步注浆量和出渣量等因素对地表最大沉降量的影响,有效指导盾构隧道施工参数的选择,最后通过现场监测数据验证数值模拟结果的正确性。研究结论:(1)前序次开挖隧道对后序次开挖隧道的隧道拱顶沉降与地表沉降均存在叠加效应影响,后序次开挖隧道的拱顶沉降及地表沉降均略大于前序次隧道的对应沉降值;(2)数值模拟结果与现场实测结果的对比显示,实测地表沉降值相比数值模拟计算值分别高出5. 78 mm、4. 97 mm,隧道的管片沉降实测值与计算值误差均在5%以内,数值模拟计算误差均处于可控范围内,一定程度上验证了数值模拟结果的正确性;(3)本研究结论在城市地铁盾构(TBM)法施工领域,对地表沉降控制方面的机理研究和实践操作有较好的应用效果。     

地铁盾构下穿高速公路的路面变形特征分析

盾构施工过程中由于土体挖除、管片和二衬设置,将在穿越过程引起高速公路路面的沉降或隆起,对公路正常运营产生不利影响。论文采用Midas/GTS软件建立了北京地铁7号线盾构下穿京哈高速公路施工过程有限元模型,分析采用盾构法先后施工左右线隧道引起的高速公路路面变形特征,认为地铁盾构掘进过程中,公路路面沉降变形在纵向呈现出抛物线形态,在横向上沉降槽呈现为"U"形,最终的路面最大沉降值产生在两线隧道中轴线上方的右线第10掘进段(第23施工步)开挖时,最大值为15 mm,路面最大隆起值出现在右线上方的右线第9掘进段(第22施工步)开挖时,达6 mm。     

浅埋暗挖地铁隧道引起地表沉降的数字模拟与实测分析

地铁隧道施工引起地表沉降问题是地铁隧道建设最难控制且亟待解决的关键性问题之一。根据土体变形机理,对我国北部某城市浅埋暗挖地铁隧道开挖地表沉降量进行有限元预测计算,并利用施工路段现场监测值对模拟结果进行验证。验证结果表明:应用有限元软件模拟计算得到最大竖向沉降量产生在隧道轴线正上方位置,施工结束后的最大沉降值约为39.9 mm;实际监测MS-6断面施工结束后的最大沉降值为55.1 mm;实测值与模拟计算值存在一定差异,距离隧道轴线位置越近,两者差异的数值越大。实测地表沉降值与模拟计算值整体变化一致,因此应用有限元模拟浅埋暗挖地铁隧道引起地表沉降量是可行的。     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

类矩形盾构穿越既有隧道引起土体沉降的模型试验研究

类矩形盾构邻近既有隧道施工的土体变形控制是今后隧道工程要面对的难题,但目前该方面的研究较少。通过开展室内缩尺寸模型试验模拟类矩形盾构邻近既有隧道施工,探究了新旧隧道不同间距以及正交、斜交、重叠、夹穿等工况下由于土体损失导致的地表和深层土体纵向变形情况;对Peck公式进行了拓展,将无既有隧道沉降值与既有隧道造成土体二次扰动沉降值叠加得到适用于类矩形盾构穿越既有隧道的地表沉降计算方法。研究结果表明：随着新建隧道的施工,地表沉降逐渐增大,最后趋于稳定;地表沉降与深层土体沉降趋势基本一致,深层土体沉降值大于地表沉降;相比正交、斜交工况,重叠工况对地表沉降影响最大,其最大沉降值比其余2组最大沉降值大1倍;斜交工况与正交工况地表沉降最大值基本相同,但斜交工况沉降槽形状为W形,正交为V形,斜交工况沉降槽宽度大于正交工况,说明对土体的影响范围更大;重叠工况由于隧道自重造成的地表沉降的效果远比遮拦效应大;对比并择优了能够计算类矩形盾构施工造成的沉降槽宽度的方法,理论计算结果与实测数据基本吻合;Peck公式适用于既有隧道造成土体二次扰动的地表沉降计算。     

隧道盾构掘进引起的地表沉降研究

结合天津地下直径线工程实例,通过建立模型和模拟盾构开挖,采用数值模拟和现场监测相结合方法,对盾构掘进中建筑物附近的地表沉降进行研究,分析盾构掘进前、穿越及离开5个阶段地面的沉降规律。监测和计算结果表明,因初始应力状态改变造成土层变形、地层损失和降水引起的固结变形是造成地表沉降的主要因素;将计算得到的盾构掘进中周围土体位移场和隧道纵、横断面地面沉降曲线与监测纵断面沉降曲线进行比较,反映的沉降规律一致,说明数值模拟在计算地表沉降中可行。     

隔离桩对隧道侧穿邻近建筑物的沉降影响分析

地铁隧道开挖会引起周边建构筑物的沉降及变形,影响建构筑物的安全与正常使用。基于某地铁新建盾构隧道侧穿邻近浅基建筑物工程,介绍了隔离桩的减沉机理,并通过三维数值模拟分析,研究了有隔离桩和无隔离桩两种工况下隧道周边土体的竖向沉降及水平位移分布情况。数值模拟结果表明:采用隔离桩能有效降低隧道周边土体的竖向沉降及水平位移;土体的沉降在隔离桩附近有突变,土体竖向沉降被限制在隔离桩内侧,但地表土体在隔离桩内侧附近有所增大;增加隔离桩能有效阻隔土体向隧道内的滑动趋势,保护隧道周边建构筑物的安全。     

盾构下穿大型立交时掘进速度对桩基及地表沉降的影响

依托合肥市地铁盾构掘进下穿五里墩立交施工,在其他施工参数确定的前提下,综合考虑地面及桥桩的变形,并基于有限差分数值分析,研究盾构下穿大型立交时掘进速度对桩基的影响。研究表明:盾构的掘进速度对大型立交桩基的影响显著;在12 m/d开挖速度下,地表沉降值比较大,且某些桩基的沉降值超过预警值,比较危险;在6 m/d开挖速度下,地表沉降值和桩基变形值均较小,且都小于预警值;在9m/d开挖速度下,地表沉降值较12 m/d开挖速度小,而较6m/d开挖速度大,且桩基的沉降值并没有超过预警值。在充分考虑施工安全与施工进度的前提下,建议采用6环/d(约9m/d)的盾构掘进速度。研究成果可为隧道下穿大型立交工程提供技术参考。     

地铁施工对既有桥梁桩基的影响研究

基于桩基与土体之间相互作用的分析可知,土体变形传递到既有桩基必然会引起桩基内力和位移的改变。以北京地铁7号线双线隧道近距离穿越双井桥工程为例,采用FLAC3D三维数值模拟分析地铁双线隧道在开挖和支护过程中,邻近桩基内力与变形的变化规律,仿真结果分析表明桩基竖向沉降沿桩身变化不大,水平变形在隧道轴线位置达到最大;桩基轴力有明显的负摩阻增大区段,横向和纵向弯矩呈现S形变化规律;在隧道穿越桩基的过程中,桩基负摩阻力急剧增长会造成桩基承载力降低,施工中应采取适当的加固措施。     

基坑分块开挖对下卧盾构隧道的变形影响分析

为研究分块开挖基坑对下卧盾构隧道保护的有效性,以深圳市双界河路段某基坑工程为例,建立三维有限元模型,对比下卧盾构隧道竖向位移计算值与实测数据,在此基础上分析不同分块开挖方式对下卧隧道附加弯矩、内径变形的影响,并进一步研究分块开挖与坑底土体加固共同作用下隧道的变形规律。结果表明:在分块数量相同的情况下,横向分块的开挖效果要好于纵向分块开挖,且横向分块数量越多,对隧道竖向位移控制效果越好;隧道最大附加弯矩在拱顶处,隧道整体呈拱顶、拱底处伸长,拱腰处压缩的变形趋势;坑底加固土体可有效控制隧道竖向位移,在隧道变形控制较为严格的工程中,建议在开挖前对坑底土体进行加固。     

大直径泥水平衡盾构浅覆土始发地表沉降特性

研究目的:在盾构始发阶段,由于覆土浅、地层自稳能力差,地层扰动引起的危害已成为不可忽视的问题。基于此,本文以京张高铁清华园隧道工程为背景,依据始发段实际加固方案及现场监测得到的始发段掘进参数,采用有限差分法建立三维泥水平衡盾构隧道数值模型,通过分析始发施工过程中隧道周边地表土体位移,并与现场实测进行对比,研究大直径盾构浅覆土始发段地层位移变化特征。研究结论:(1)数值计算与现场监测结果得到的土体位移规律基本一致,验证了本文盾构法施工数值模拟计算方法的工程实用价值;(2)由于始发竖井端头进行了高压旋喷桩加固,相应的地表沉降明显得到控制改善,印证了加固方案的有效性;(3)得到了大直径泥水盾构浅覆土始发土体变形规律:隧道轴线上方土体的沉降位移最大,为20 mm,两侧逐渐减小,两端呈现轻微上拱趋势,隧道周围土体有向洞室挤人运动的趋势;(4)该研究成果可为类似大直径盾构浅覆土始发工程提供参考。     

市政道路下穿对机场快轨U形槽变形的影响分析

市政道路下穿机场快轨U形槽的施工过程中,对机场U形槽的沉降变形控制要求严,工程实施难度及风险大。基于北京次干一路下穿新机场快轨U形槽的工程背景,采用有限元软件对道路下穿机场快轨U形槽过程进行数值模拟,研究既有新机场U形槽结构的变形。提出市政道路下穿机场快轨U形槽的沉降变形控制标准,即U形槽位移+4^-4 mm、变形速率≤1 mm/d。得出U形槽结构的变形规律及安全性:在基坑及隧道开挖过程中,由于基坑的卸载作用对隧道沉降槽的影响,土层的位移产生类似板的翘曲效应,而U形槽及路基刚好位于中心位置,受到的影响较小,且承载力和裂缝宽度值均满足控制要求。     

基于随机介质理论的浅埋偏压隧道沉降预测

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机介质理论,推导了浅埋偏压盾构隧道开挖地表沉降公式;(2)通过理论推导修正了地表沉降公式计算所需的断面收敛区域U'-V';(3)计算过程中,为简化计算,采用极坐标改进了倾斜地表和水平地表沉降公式;(4)浅埋偏压条件下,倾斜地层坡度α≥45°时,位移变化速率明显加快;此外,地表竖向位移最大值同开挖单元深度与沉降半径之比呈现出一种线性关系;(5)隧道轴线到斜坡表面的垂直距离d3.5R时,地表竖向位移变化也会加快,所以隧道修筑应尽量选择在d≥3.5R的位置;(6)该研究成果可为浅埋偏压隧道开挖的地表位移预测提供一种新途径,为地表位移控制提供技术支持。     

盾构隧道对邻近建筑桩基影响的时间相关性

引入等代层的概念,并将扰动区土体处理为粘弹性介质,采用数值模拟的方法分析了盾构隧道施工后对邻近建筑物桩基的时间相关性影响.建立了隧道和邻近建筑及其桩基的力学计算模型,通过对特征时刻的桩基水平位移值的研究,分析了既有隧道和邻近建筑各计算参数对桩基的影响.研究表明,盾构隧道对邻近建筑物及桩基的影响是时间相关的,隧道在开挖后一段时间内对周边建筑及桩基产生影响,其影响时间的长短与周边土体的粘弹性性质以及隧道和邻近建筑的参数有关.     

地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析

以大连地铁202标段双隧道盾构施工工程为背景,考虑土体的分层以及隧道施工过程中盾构推进、注浆和衬砌拼装等工序,运用FLAC3D软件对盾构双隧道同向先后施工过程进行三维精细数值模拟,并与现场测量数据进行对比分析.结果表明:先施工的右线隧道掘进完成后,隧道上方各层土体越靠近地表,盾构施工引起的地层竖向变形越小,而地层的沉降槽宽度越大,地表沉降槽宽度系数为0.56;近距离双隧道同向先后开挖时,土体相互扰动,地层距离隧道轴线的高度越小,地层竖向变形非对称“双峰”特征越明显,岩层的成层性使得双峰特征消失时岩层距离隧道轴线的高度有差别;两隧道中心线和轴线附近地表有不同方向水平变形,此区域的桩基、剪力墙在隧道掘进时将受到附加剪切作用,易出现裂缝,故在施工中应做好切实的防护措施;监测结果验证了数值模拟方法的正确性,在盾构掌子面距离监测点12 m范围内,地表沉降发展得较快.     

地铁隧道近距离侧穿建筑物隔离防护技术研究

以济南市轨道交通R1线某区间隧道近距离侧穿文物保护区某6层框架结构体系桩基建筑物为工程背景,通过理论分析、现场测试及数值分析,深入分析了隔离防护措施在该种工况下的隔离效果。结果表明:隔离桩防护措施主要是通过阻断盾构隧道掘进引起的扰动应力传递路径将盾构隧道穿越影响范围限定在理想范围之内,将受保护区与盾构隧道影响区隔离。建筑物桩基竖向沉降、水平变形均呈现出平缓过渡、明显下降、上下震荡过程,最大振幅分别为0.90 mm、1.00 mm;钻孔灌注桩C、D与建筑物桩基相比,竖向沉降、水平变形振幅更大、持续时间更长,最大振幅分别为1.40 mm、5.50 mm。采取防护措施后,钻孔灌注桩最大水平变形量从6.00 mm减小至1.00 mm;桩身长度范围内,变形呈侧"V"字形,隔离效果显著,实现了隔离桩外侧区域变形可控,确保了施工安全。     

砂卵石地层基坑开挖对下卧运营盾构隧道结构变形研究

砂卵石地层中进行基坑开挖会对周边环境产生较大影响,而基坑工程下方存在既有运营地铁线路时,基坑开挖将严重威胁到既有线路的安全运营。为研究砂卵石地层U形槽基坑开挖对盾构隧道的变形影响,以北京首条有轨电车西郊线上跨既有运营地铁10号线为工程背景,通过对监测数据进行分析,得出基坑开挖过程中既有结构的变形规律,并提出相应控制手段和措施。结果表明:U形槽开挖会造成下方隧道和轨道结构产生不均匀隆起变形,经采用深孔注浆进行土体加固后,隆起值控制在1.5 mm以内;隧道横向变形表现为不规则波动,变形值在±0.5 mm以内;开挖卸荷导致隧道受水平压缩、竖向拉伸的力,收敛为"竖椭圆"形状;轨距先拉开后缩小,最后再拉开,曲线呈"M"形,轨距值在±2 mm以内。