地铁盾构下穿公路隧道与建筑物基础的影响研究

以某城市地铁盾构隧道为背景,采用三维有限元方法对地铁盾构隧道下穿既有城市公路隧道、近接建筑物箱型基础的情况进行了数值模拟,分析了盾构隧道施工引起地表沉降,及其对隧道路面沉降和应力的影响,探讨了近接建筑物施工引起建筑物箱型基础变形、侧倾和附加应力的变化规律,验证了采用围护桩加固对于减缓和控制盾构施工对公路隧道、建筑物基础沉降、侧倾和附加应力影响的有效性.     

地铁盾构法隧道正交下穿施工对既有隧道影响分析

为了探讨新建隧道的施工对既有隧道产生的影响,以西安地铁某区间盾构隧道为背景,采用三维有限元数值计算方法,分析了新建盾构隧道正交下穿施工对地表及既有隧道结构的影响,得到了既有隧道管片位移、内力以及既有隧道上方地表沉降的变化规律。计算分析结果表明:正交下穿盾构隧道施工时,上方既有隧道与地表将会发生较大的不均匀沉降,同时既有隧道衬砌结构发生不均匀侧移和扭转,正交位置附近既有隧道结构下侧出现不同程度的拉应力,需要对正交区域内的地层进行加固。     

盾构近接楼顶加高塔式高层建筑物安全影响数值分析

盾构施工导致高层建筑及其周围地表的沉降的研究和控制是隧道工程领域遇到的重要课题之一,为研究盾构近接高层建筑时造成的影响,基于西安地铁2号线某盾构隧道侧穿高层建筑泛美大厦的工程实例,建立有限元模型对盾构推进过程中楼体应力应变、地表沉降及桩基础形变进行了分析,研究了地铁盾构对高楼顶加钢塔结构体系的影响。结果表明:楼体最大沉降为15.46mm,差异沉降值为7.32mm,倾斜率为0.001,各项指标均小于规范要求的允许值;塔荷载的存在,楼柱所受轴力和弯矩尤其是底部部分大幅增加,加剧了楼体不均匀沉降的程度和倾斜度。盾构施工过程中高层建筑自重导致建筑的地基沉降较大,对于地层的扰动,使楼柱底部和桩的上部产生较大的应力和应变,可见桩柱的连接处,也是盾构过程中高层建筑的一个易损点,影响结构整体的稳定性。桩基础沉降规律与楼体沉降规律不一致,易导致建筑物出现裂缝、倾斜等不利影响,盾构过程中,不仅仅可以通过减少盾构对于地层的扰动,同时也可以对楼柱和桩的连接部位进行人工加固,以此提高高层建筑的稳定性。     

软土地层中盾构施工引起地表沉降的数值分析

以杭州地铁1号线某区间地铁隧道开挖为例,利用三维非线性有限元软件对地铁盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与分析,得到开挖引起隧道周围土体移动和地表沉降曲线,分析了隧道地表沉降沿横向、纵向及不同深度处地层的分布随盾构推进的变化规律,通过预测的结果,提出了控制地层变形的措施。     

地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能研究

为研究地铁盾构隧道邻域埋入式隔离桩力学性能,以北京某典型地铁盾构隧道及邻域基坑工程为例,应用相似材料模型试验与数值模拟相结合的方法,研究埋入式隔离桩的支护体系地铁盾构隧道的变形特征及围土压力分布规律,并分析埋入式隔离桩、常规隔离桩和无隔离桩支护体系对既有隧道变形和围土压力的影响。研究结果表明： 侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,水平位移远大于竖向位移,隧道整体在水平和竖向存在不均匀位移,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;加入隔离桩的支护体系相比无埋入式隔离桩的支护体系能使盾构隧道水平位移有效减小,竖向位移发生轻微上浮,盾构隧道朝基坑方向的扭转趋势能得到有效控制;埋入式隔离桩和常规隔离桩的隔离效果基本相同,针对地铁隧道这样的地下结构,全长常规隔离桩桩身接近地表的部分对控制隧道变形没有太大帮助,在实际工程中可以采用埋入式隔离桩,减少桩身长度,降低施工成本;侧方基坑开挖卸荷-加载过程中,盾构隧道初始土压力呈“葫芦形”分布;基坑开挖卸荷和基坑加载完成过程中,隧道土压力轴向对称位置发生偏转,判断盾构隧道有朝向基坑方向扭转的趋势;埋入式隔离桩能起到与常规隔离桩相同的隔离效果,并能有效降低隧道周围土压力。     

城市地铁隧道施工对古建筑沉降的影响研究

采用大型有限元软件ABAQUS模拟城市地铁隧道盾构开挖诱发地表沉降规律,并针对开挖推进距离、开挖面支护以及地表建筑物刚度条件对古建筑物地表沉降影响进行了详细分析,得到以下结论:拱顶沉降、上测点周边收敛位移和下测点周边收敛位移,实测数据分别比数值模拟数据大5.41%、13.21%和10.15%,这与现场施工条件比数值模拟更为复杂有关,也说明数值模拟比较可靠。增大盾构推进距离会加大古建筑物地表最大沉降值,但是增大幅度有限,当推进距离增大为原来的3倍时,古建筑物地表最大沉降增大幅度低于10%;增大盾构开挖面支护力会明显减小古建筑物地表最大沉降值,施工过程中可以适当采取增大开挖面支护力的方法来减小古建筑物地表沉降。盾构上方地表存在古建筑物能明显减小地表最大沉降值,但地表沉降槽宽度也相应增加,因此施工过程中若盾构上方存在古建筑物,应进行特殊考虑。     

兰州轨道交通1号线侧穿白衣寺保护措施研究

针对兰州轨道交通1号线侧穿省级文物白衣寺保护区,由于盾构施工以及运营期会对古建筑物有影响,为确保文物安全,提出一套对白衣寺的具体有效的保护措施。通过三维有限元数值模拟对处理效果分析得出:采取隔离桩加固措施后白衣寺沉降远低于标准安全评估的沉降变形控制要求;采用钢弹簧浮置板道床时列车运行振动对地表影响有明显改善。通过数值分析,论证一套具有很强实用价值的隧道穿越古建筑物保护措施设计方案。     

西安地铁双线平行盾构隧道净距优化

为了探究双线平行盾构下穿古建筑时的合理净距取值,依托西安地铁4号线区间双线盾构下穿和平门城墙及护城河工程,通过建立三维弹塑性模型,对双线隧道在不同净距工况下地表沉降、围岩塑性应变及管片变形等规律进行分析。结果表明:双线盾构机械施工通过后,右线隧道轴线的地表沉降值大于左线隧道轴线地表沉降值;随着净距的增加,沉降槽宽度逐渐加宽,而地表沉降最大值有明显减小;管片位移整体受净距影响较小。研究成果可为黄土地区双线地铁隧道的净距优化提供理论参考。     

深圳强风化砂岩地层中盾构下穿桩基的环境效应

依托深圳地铁龙岗线西延段福少区间盾构隧道施工工程,选取无桩、单桩与多桩存在条件下的三个监测断面,对盾构施工过程中的瞬时地表沉降与稳定地表沉降进行数值模拟,并与实测结果进行对比,研究桩基对盾构掘进过程引起的地表沉降的影响。结果表明:监测点距离隧道轴线的距离越近,产生的地表沉降值就越大;桩基所在位置监测点的地表沉降明显大于附近监测点,而多桩所在位置的沉降值在整个区段达到了最大值,且影响范围也更大,此外,多桩区域稳定沉降与瞬时沉降的差值也大于单桩或者无桩情况下的差值。为了防止盾构下穿桩基造成地表沉降过大、桩基失效等不良环境效应,提出了调整盾构掘进参数、跟踪注浆等施工控制措施。     

盾构隧道下穿既有铁路路基及框架箱涵地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿施工对地表沉降影响，依托武汉地铁3号线区间盾构隧道工程，运用ANSYS有限元软件对盾构隧道在不同埋深条件下下穿路基和箱涵进行模拟，得到了不同埋深盾构隧道下穿施工对既有的路基和箱涵及对应地表沉降扰动规律，将对应的地表沉降与Peck公式预测的地表沉降进行对比分析，总结了盾构下穿施工与Peck公式预测的地表沉降之间异同。结果表明:①随着埋深的增加，盾构隧道下穿施工导致地表沉降减小，沉降槽宽度逐渐增加；②先行线对地表沉降的影响较后行线大；③盾构隧道下穿箱涵施工的地表最大沉降与Peck公式预测值十分接近，而隧道下穿路基的地表最大沉降比Peck公式预测值偏小。     

基于修正剑桥本构模型的盾构隧道开挖对邻近桩基影响分析

为了保证在我国黄土地区城市地铁盾构开挖在靠近桩基础时的安全性,降低盾构开挖对桩基础的扰动影响,基于ABAQUS数值模拟有限元分析软件,采用土体的修正剑桥本构关系,建立地铁盾构法开挖施工的三维有限元分析模型。对隧道盾构开挖过程中邻近桩基础的变形和地表沉降规律进行了计算分析。研究结果表明:隧道盾构对邻近桩基础的影响主要表现在桩基础的隧道埋深位置处,垂直隧道纵轴的水平方向(X方向)位移量上;在盾构开挖过程中,随着开挖面与桩之间距离d缩小,桩的水平方向位移逐渐增大;在d大致为[-0.5D,+0.5D]范围内时,变形最大;当d继续增大时,水平方向位移也继续增大,最终趋于稳定值。通过综合分析数值模拟计算和施工现场监测得到的地表位移变形曲线,可以发现在隧道轴线正上方位置地面的沉降最大,向隧道轴线两侧沉降逐渐减小,但在桩基附近的地表沉降相对较小,而桩顶承台也受到不均与沉降的影响产生偏移。在该隧道工程实际开挖中,需要加强承台不均匀沉降监测,以便及时采取控制措施。     

土压平衡盾构开挖面压力取值及对地表沉降的影响

土压平衡盾构广泛应用于地铁隧道施工中,其施工过程产生的地表沉降及相关问题直接影响隧道施工安全。以成都地铁3号线某区间盾构隧道工程为例,应用理论方法计算盾构开挖面压力取值范围。结合工程地质条件、施工参数、不同开挖面压力和地层损失率,利用嵌入了土应力路径本构模型的ABAQUS软件进行盾构开挖三维模拟,得到了卵石地层盾构施工引起的地表沉降规律,并通过与现场地表沉降监测结果对比,验证了此模型的合理性,确定了合理的开挖面压力取值范围。最后,进一步分析了实际盾构施工开挖面压力值与地表沉降值之间的规律,评价施工时设定的开挖面压力值的优劣。     

双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。     

双孔隧道中后掘进盾构对地表沉降的影响

受地下空间限制,城市地铁双线隧道间净距较小,后掘进盾构隧道施工将引发地层二次扰动,导致额外地层变形,对临近构筑物安全威胁尤甚。当前研究主要基于地表横向沉降曲线研究双线隧道掘进引起地表的沉降规律和地层扰动特点,但地表横向沉降曲线不能全面反映前、后掘进盾构隧道施工引起的地表沉降发展过程及规律。以杭州地铁某区间双线盾构隧道地表沉降长期监测数据为依托,采用地表沉降时程曲线和地表横向沉降曲线相结合的方法,分析双线盾构隧道前、后掘进引起的地表沉降规律。研究表明,后掘进隧道引起的土体损失率在0.6%～0.8%之间,地表最大沉降量在15.2～20.7 mm之间,均大于先行隧道引起的土体损失率和地表最大沉降量;由于后掘进盾构对地层的二次扰动,导致最终地表沉降槽曲线并不严格关于双线隧道轴线中点对称分布,地表沉降最大值略微偏向后掘进隧道轴线。通过地表沉降时程曲线发现,先行盾构通过监测断面后,地表沉降迅速发展,主要沉降范围在隧道轴线6 m范围内;由于先行盾构隧道掘进扰动,在后掘进盾构到达前2天(约3倍盾构直径距离)地表开始发生明显的沉降;在后掘进盾构施工影响下,所引起其轴线处地表沉降量大于先行掘进盾构所对应的轴线处沉降值。     

佛山地铁2号线湾华～登州区间盾构隧道施工监测技术研究

地表沉降监测与控制是地铁隧道盾构施工中最关键的问题,以佛山市轨道交通2号线湾华~登州地铁区间盾构隧道施工监测技术为例,分析了监测的项目、方法、频率、报警值、控制标准、数据处理及反馈等技术,探讨了盾构施工过程地表沉降的影响因素及施工控制技术。对盾构施工过程中引起的地表沉降和管片结构变形进行了数值计算,研究结果可为其他相似工程提供一定的参考依据。     

软土地层中盾构施工参数对地表沉降的影响研究

为了解决软土地层中盾构隧道施工参数对地表沉降的影响问题,通过对杭州某地铁区间盾构施工进行监测,分析软土地层地表沉降的一般规律,结合该区间盾构隧道施工,采用ABAQUS有限元软件分析了注浆压力、浆液弹性模量、土舱压力等因素对地表沉降的影响。研究表明:土舱压力对地表沉降影响最大,注浆压力次之,浆液弹性模量的影响最小。地表沉降由土体塌陷沉降和土体固结沉降2部分组成,在盾构试掘进阶段对施工参数进行调整和优化,能较好地控制地表沉降。     

软土地区地铁隧道施工期地表沉降规律研究

地铁隧道建设过程中主要通过地表沉降监测反映盾构施工的安全状态,Peck公式一直被认为是最简单实用的隧道施工期地表沉降计算方法,因此针对其适用性和参数取值问题是人们研究的重点。文中结合盾构施工的特点,探讨盾构施工中引起地层扰动的主要因素,通过在建地铁隧道的实测地表沉降数据分析Peck公式的适用性和参数取值问题,并探讨了几种特殊情况下的地表沉降规律,以指导施工方案的调整,减小施工的环境影响,同时保证隧道自身的施工质量。     

盾构下穿铁路地表沉降分析

盾构机目前已广泛应用于各种土建工程领域,盾构法隧道施工具有安全、快速、地表沉降小等优点,如何控制地表沉降成为工程的一大难题。本文依托深圳地铁5号线盾构隧道下穿广深铁路,对地面沉降监测数据进行分析,探讨了盾构施工过程地表沉降规律及其影响范围和程度,包括沉降随时间发展规律、沉降与盾构机掘进的关系、横断面沉降槽分布形式和沉降速率。     

盾构下穿近接公路隧道影响规律研究

盾构下穿近接公路隧道引起的不协调变形、结构内力的重分布等问题易导致结构病害,甚至影响结构的正常使用。研究盾构施工全过程中对公路隧道的影响规律对保证土体和结构物的稳定性、安全性尤为重要。结合实际工程,采用有限差分方法对地铁盾构下穿公路隧道全过程(即盾构到达公路隧道前、穿越过程中、盾尾离开公路隧道)进行了三维数值模拟,得出了盾构下穿近接公路隧道的影响规律。由于公路隧道对土层的约束和底板立柱桩的屏蔽作用,距离公路隧道侧墙越近,地表受盾构施工的影响越弱,地表土层沉降值越小;盾构下穿公路隧道过程中,公路隧道出现一定程度倾斜,左右侧墙相对高差达1.91mm,底板最大剪切压应力较盾构掘进前增加了29.8%;盾构穿越全过程中公路隧道立柱桩轴力最大值发生在距桩顶5m处,且轴力在盾尾脱环阶段增加较明显,可见土体损失引起立柱桩负摩阻力不可忽视。     

黄土盾构施工对周围土体变形的影响

结合黄土地质工程实际,采用邓肯-张弹塑性本构关系,用三维有限元法对西安地铁隧道盾构施工过程进行了模拟,得到了盾构推进过程中隧道周围及地表土体的位移分布规律,讨论了相对埋深、进尺长度、等代层厚度及填充率对地表沉降的影响,其中纵向地面沉降与公式法计算结果非常接近,对于黄土地区进行盾构施工具有借鉴意义。