不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

超浅埋隧道下穿高速公路典型施工方法比选研究

超浅埋隧道在下穿高速公路施工时,会使路基产生不均匀沉降,所以选择合适的施工方法对工程质量至关重要。为了评估不同施工方法对下穿超浅埋隧道变形特性的控制影响,特以3种典型的隧道施工方法(台阶法、CD法、双侧壁导坑法)为例,对路基沉降、拱顶沉降、水平收敛进行数值模拟,对比有无交通荷载情况下的变形规律。结果表明:在采用上述隧道施工方法的情况下,隧道下穿高速公路施工会对路基造成"U"形的沉降破坏面;以台阶法路基沉降值为基础,CD法沉降量减少19.7%,双侧壁导坑法沉降量减少38.2%;3种方法在施加交通荷载作用后,拱顶沉降分别增加了7.8mm、7.7mm、4.9mm,水平位移分别为32.5mm、29.3mm和26.2mm。总之,双侧壁导坑法在水平收敛变形的控制方面更适合浅埋下穿隧道施工。     

特大断面地铁车站变截面处暗挖施工技术

以贵阳市轨道交通2号线北京西路站变截面处暗挖施工为工程背景,从施工细节控制、地下水处理2个方面对施工技术进行了研究。结果表明:在富水岩溶、裂隙发育的贵阳地区,施工中若遇超前探水未揭示而开挖后暴露的涌水溶洞、隧道开挖后出水量较大的岩溶裂隙、正洞超前探水遇溶洞溶槽涌水等情况,在以堵为主、限量排放的前提下,应立即进行局部补注浆。在隧道变截面施工中,右导坑截面面积变化比左导坑大,监测结果显示右导坑锚杆轴力、型钢拱架压力、初支混凝土应力均比左导坑大,右导坑是后续施工控制的重点。     

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。     

隧道施工引起的地表变形数值模拟

研究目的:评估石桥头浅埋隧道在采用不同施工方法和加固措施施工时对地表建筑物的影响。研究方法:对穿越城区浅埋的石桥头隧道在采用三台阶临时仰拱法和双侧导坑法爆破施工时的地表变形进行三维有限元数值模拟。研究结果:采用三台阶临时仰拱法时,隧道第一步开挖对地表的沉降影响较大,采用双侧壁导坑法时,第五和六步开挖沉降变化较大。地表倾斜、地表弯曲曲率与水平变形分析表明,双侧壁导坑法优于三台阶临时仰拱法。研究结论:针对石桥头隧道,建议采用较保守的双侧壁导坑法进行施工,并辅以必要的支护(小导管、长管棚等)和加固(防护桩、地表注浆等)措施,控制地表沉降和变形,确保地表建筑物的安全。     

不同工法下双孔隧道施工引起地表沉降的随机预测研究

由于城市双孔隧道施工的复杂性,隧道开挖对地表沉降的预测及控制成为一个亟待解决的问题。本文基于传统随机介质理论,利用极坐标转换,得到双孔隧道施工地表沉降规律公式。以广州某双孔隧道施工为例,对采用CRD法、CD法和双侧壁法施工的双孔隧道,分别建立PLAXIS 3D模型,并将其理论预测值与数值模拟值进行对比分析。研究结果：不同工法下地表沉降预测结果整体趋势与数值结果基本吻合;采用CD工法和CRD工法引起的最大地表沉降理论值与数值模拟值较为吻合,双侧壁导坑工法下的双孔隧道施工引起的地表沉降的随机预测解与数值模拟解相差最大。     

城市浅埋隧道穿越饱和砂土复合地层时适宜的施工工法

根据莞惠城际轨道交通项目工程地质概况,以控制拱顶沉降、洞周变形、地表沉降和内力作为安全标准,通过现场试验段、室内模型试验和数值模拟计算的方法,研究城市浅埋隧道穿越饱和砂土复合地层时适宜的施工工法。研究结果表明:上CD下台阶五部施工工法为较适宜的工法;采用该工法时,洞室位移变化平稳,地表最大沉降不超过5mm,围岩—支护体系处于安全状态;该工法能将各工序紧密衔接,机械与人工配合形成流水作业,初支封闭时间缩短,有效加快施工进度,避免拱脚长时间处于淤泥质黏土、饱和砂土等软弱地层中,单导坑施工后形成封闭整体并取消了下台阶中隔壁,从而有效地控制了收敛和沉降;在城市浅埋隧道穿越含有饱和砂土的复合地层时,此工法可同时兼顾结构安全与周边协调。     

盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站站厅隧道二衬施作时机的研究

采用盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站时,站厅隧道二衬施作时机有横通道开挖之前和之后2种方案。以北京地铁10号线三元桥站为例,采用FLAC3D有限差分软件,对2种方案进行三维数值模拟,从地表沉降和隧道结构内力两方面进行对比分析。结果表明:在6个施工阶段,方案1的最大地表沉降均比方案2的显著减小,方案1的最终地表沉降为48mm,仅为方案2的最终地表沉降(166mm)的29%,而且站厅隧道初支内力和需要的配筋量均小于方案2。因此,在车站施工过程中,站厅隧道二衬应在横通道开挖之前施作。     

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。     

双线公路隧道下穿铁路隧道不同施工工法理论研究

针对新建隧道下穿既有铁路隧道施工安全性问题,基于有限元摩尔库伦原理对不同施工工法的三维隧道交叉模型进行模拟分析。对比分析CD法、CRD法和双侧壁导坑法的新建公路隧道下穿既有铁路隧道引起的公路隧道施工不同部位稳定性演变和运营铁路隧道沉降变化,以期为类似工程提供借鉴作用。研究结果表明:对于自身隧道开挖,双侧壁导坑法在控制拱顶沉降具有一定优势,但在水平收敛上CRD法效果最好,其次是双侧壁导坑法。不同工法对既有铁路隧道的沉降影响不同,采用双侧壁导坑法公路隧道施工对既有铁路隧道的沉降影响最小,且不建议在交叉隧道处采用CD法进行施工。     

浅埋偏压隧道施工过程数值分析

采用有限元分析方法对一浅埋偏压隧道开挖施工过程进行三维数值模拟分析,研究围岩变形、应力及锚杆轴力的变化规律,为评估施工方案的合理性提供依据。结果表明:掌子面距监测断面≥15 m时,监测断面的累计变形量可忽略不计;围岩最大变形10 mm,满足设计要求;由于偏压作用隧道断面周围锚杆受力分布不均匀,最大轴向压力出现在隧道拱顶左上方,为20.28 k N。     

隧道顶部空腔充水对初期支护结构位移影响分析

以某岩溶隧道为工程背景,利用有限差分软件FLAC^3D,对隧道顶部空腔充水工况下隧道初期支护结构位移特征进行了数值模拟研究,同时分析了空腔内水压以及充水溶腔与隧道间距的变化对隧道初期支护结构位移的影响。结果表明：初支结构最大水平位移位于充水空腔中心区段左右两侧拱肩和拱腰之间的区域,其值在1.0 mm左右且向隧道外侧变形;轴向位移以充水空腔的中心位置为对称面,沿着隧道轴向前后呈对称分布,在距充水空腔的中心左右两侧各约7～10 m的拱顶区域有最大的轴向位移,其最大值为0.54 mm;充水空腔底部对应的初支结构拱顶区域有最大向下位移,其值约为11mm,是普通区段的1.5倍。随着空腔内水压逐渐增大以及充水空腔与隧道间距离的逐渐减小,初支结构特征位置处的水平位移、轴向位移和竖向位移均有不同程度的增大;沿着隧道的轴向,初支结构越靠近充水溶腔其三向位移受影响的程度就越大。     

深埋隧道复合式衬砌内力和位移的荷载结构法

研究目的:研究任意形状的深埋隧道复合式衬砌的内力和位移具有重要理论意义和工程应用价值。本文首先通过弹性力学理论,导出轴对称荷载作用下,圆形隧道复合式衬砌的轴力和位移的解析解,并与数值解进行比较,确定初支、二衬间相互作用的杆单元弹性模量的合理取值;之后分析了Ⅳ级围岩中非圆形隧道复合式衬砌的轴力、弯矩和位移,围岩对初支、初支与二衬间的约束作用均采用杆单元模拟,其弹性模量分别取地层和初支的弹性模量;最后讨论了侧压系数对非圆形隧道复合式衬砌力学性能的影响。研究结论:(1)轴对称荷载作用下,圆形隧道初支和二衬的轴力和位移的解析解与数值解的误差不到5%,确定了使用杆单元模拟非圆形隧道初支和二衬间相互作用时,其弹性模量可以采用初支或二衬的弹性模量;(2)非圆形隧道二衬的轴力和弯矩均比相应位置处初支的大,初支和二衬分别在拱腰和拱底取得轴力最大值,均在拱脚取得弯矩最大值,均在拱底取得竖向位移最大值;(3)对于侧压系数在0.1到0.3范围内的Ⅳ级围岩,侧压系数的改变对非圆形隧道二衬最大的轴力、弯矩和位移的影响都比较小;(4)本研究结果可应用于隧道、竖井、管桩等工程结构。     

营盘路江底大跨隧道施工安全性分析

以长沙市营盘路湘江隧道西岸南线A型大跨段为实例,对复杂条件下浅埋大跨江底隧道的施工安全性进行具体分析。研究结果表明:在未采取任何地表加固措施的条件下,采用双侧壁导坑法进行南线A型大跨施工时,地表沉降达72mm;临时支撑拆除时,初期支护轴力、弯矩和剪力增大明显,结构不能满足安全要求,还需采取加固措施。     

深埋黄土隧道初期支护破坏模式研究

研究目的:分析初支结构在施工过程中的破坏模式,对于研究深埋黄土隧道初支的受力机理以及优化隧道设计具有重要意义。本文以蒙华铁路阳山隧道工程为依托,通过水文地质情况、围岩压力、格栅应力等方面的分析,结合施工过程中初支结构的破坏情况,从而获得深埋黄土隧道初支结构的破坏模式。研究结论:(1)受老黄土节理发育影响,深埋隧道开挖过程中围岩容易产生较大的拱顶沉降,对初支结构造成的压力较大;(2)地表水的渗透会弱化老黄土节理面之间的强度,对围岩稳定性影响较大;(3)初支结构在拱肩部位的轴力值和弯矩值较其他位置偏大,容易发生小偏心受压的脆性破坏;(4)本研究成果可为深埋黄土隧道初支的受力机理研究和工程设计提供参考。     

饱和黄土区地铁隧道穿越桥梁桩基托换技术研究

在城市轨道交通中,地下工程往往需要穿越上部建筑物,为了保证建筑物安全正常使用,托换技术已成为解决城市建设施工的一种有效方法。在饱和黄土地区,由于黄土特殊的工程性质,桩基托换工程实例相对较少。以兰州市轨道交通1号线地铁隧道下穿既有市政桥梁为工程背景,详细介绍桩基托换设计方案,并建立三维有限元模型,进行数值分析。研究隧道开挖和切桩过程中地表沉降、桩基沉降和托换桩基受力机制,验证托换方案的可行性。研究结果表明:地表最大沉降为10.5 mm,桩基最大沉降量为9.7 mm,相邻桩基沉降差最大值为2.2 mm,满足相关规范要求。托换后桩底轴力为1 143.9 k N,小于单桩设计承载力4 739 k N,在初始阶段、新增承台及桩基、切除左右隧道内桩基及最后阶段衬砌左右隧道,托换桩基承载力均满足要求。     

大跨度超小净距暗挖地铁隧道施工方法模拟优化分析

以地铁停车区间浅埋暗挖隧道施工为研究对象,采用有限差分专业软件FLAC对九步双侧壁导坑法、六步双侧壁导坑法和CRD法研究围岩及中岩墙位移、应力以及地表沉降等规律.研究结果表明,采用六步双侧壁导坑方法能够达到施工控制要求,可以对原设计进行优化.     

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。     

双侧壁导坑法隧道施工引起的地表沉降分析

以哈尔滨地铁大断面隧道为背景,对双侧壁导坑法施工诱发的地面沉陷及隧道本身的变形规律进行研究。利用MIDAS/GTS建立空间有限元模型,采用数值模拟和实际监测数据相结合的方法,对地表沉降、拱顶下沉进行分析。研究结果表明:地表沉降曲线呈"漏斗"状,且沿开挖导洞中线呈对称分布,影响范围约为2. 5D(D为隧道洞径);左上导洞(1号导洞)、右上导洞(2号导洞)、中上导洞(5号导洞)开挖是引起地表下沉的主要原因;拱顶沉降主要发生在距开挖面15 m(1倍隧道洞径)范围内,最大下沉值为-17. 79 mm,占拱顶总沉降量的66%;采用超前加固的方式控制拱顶下沉效果显著,数值仿真结果与实际监控量测数据吻合较好。MIDAS/GTS有限元数值仿真软件可以有效地预判地层变形。     

双侧壁导坑法隧道不同工序施工地表沉降规律研究

结合相同地层不同工序双侧壁导坑法隧道施工引起地表变形规律的数值模拟分析结果,对北京地铁6号线西延工程砂卵石地层传统工序下双侧壁导坑法隧道施工地表沉降实测变形数据及12号线先上后下新工序双侧壁导坑法工序条件下地表沉降实测变形数据进行对比分析,研究不同工序双侧壁导坑法隧道施工影响地表变形的规律特点,并通过理论分析结合现场实际制定出最优工序,为后续类似工程地表变形规律分析提供技术支持及参考依据。