基坑开挖引起下卧既有隧道变形的简化计算方法

为得到基坑开挖对邻近下卧既有隧道变形受力影响，提出一种可预测基坑开挖对下卧隧道竖向变形影响的简化计算方法。采用Mindlin解获得基坑开挖引起既有隧道轴线处的附加应力，将隧道假定成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Vlasov地基；引入隧道侧向土体的影响，考虑既有隧道两端约束，进一步得到隧道竖向变形差分解。工程案例研究表明：与既有文献中有限元数据和实测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与将隧道搁置在Vlasov地基模型(EB-V模型)和Winkler(EB-W模型)地基模型的解析计算结果比较，本文方法计算结果更贴近实测数据。进一步参数研究表明：隧道与基坑中心间距、隧道埋深以及土体模量的增大会引起隧道竖向变形及内力减小；随着既有隧道抗弯刚度逐渐增大，隧道竖向变形会逐渐减小，但会引起既有隧道内力增大。     

新建隧道盾构下穿施工对既有隧道影响的三维数值模拟

采用三维有限元方法对新建隧道盾构下穿施工过程进行了动态模拟,分析了新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移、应力的影响;进而探讨了不同的隧道覆土厚度、隧道间相对距离及土体强度下,新建隧道盾构正交下穿施工对既有隧道位移的影响.结果表明:新建隧道盾构正交下穿施工引起既有隧道位移方向朝向新建隧道方向发展,既有隧道位移以纵向沉降...     

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。     

考虑隧道掘进过程的新建隧道下穿既有隧道力学响应研究

为有效评估新建隧道下穿施工对既有隧道的影响,确保既有隧道运营安全,将既有隧道简化为放置在Pasternak地基模型上的Euler-Bernoulli梁,基于两阶段分析法提出新建隧道下穿施工引起既有隧道力学响应的计算方法。通过与现场监测和既有方法的结果进行对比,验证了本文方法的准确性。研究结果表明：当新建隧道开挖面位于既有隧道中点时,既有隧道差异沉降达到最大值,转角曲线关于既有隧道中心线对称;在新建隧道掘进过程中,既有隧道的最大正弯矩和最大负弯矩分别出现在既有隧道长度的2/5和3/5位置附近,最大负剪力出现在既有隧道中点处;当新建隧道开挖面到达既有隧道长度的1/4和3/4位置时既有隧道产生最大正剪力;随着隧道轴线夹角和相对弯曲刚度增大,既有隧道的内力显著增大;增大隧道竖向净距有利于控制既有隧道的力学响应。本文方法考虑了新建隧道掘进过程和新建隧道与既有隧道的不同相对位置,可为类似穿越工程风险防控提供理论依据。     

新建两并行盾构隧道下穿高铁隧道模型试验研究

为研究新建盾构隧道下穿施工对既有高铁隧道的不良影响，采用离心模型试验模拟两并行盾构隧道下穿高铁隧道开挖施工。研究了两并行盾构隧道下穿施工时既有高铁隧道结构内力、拱顶变形、拱底变形和地面沉降的变化规律，同时考虑高铁隧道沉降缝对其结构的影响。模拟研究表明：后行盾构隧道开挖引起的不利影响小于先行盾构隧道开挖引起的不利影响；对于无沉降缝的既有隧道，仰拱和拱顶纵向沉降分别呈U形和反U形；考虑沉降缝时，既有隧道拱顶、地面沉降值增加了100%以上，既有隧道最大纵向弯曲应变、剪应力减小了60%;沉降缝的存在不会改变高铁隧道的横向弯曲应变和变形趋势，但是在数值上会有所降低。     

地铁盾构隧道下穿既有高铁桥数值模拟及实测施工影响分析

为研究地铁盾构隧道下穿既有高铁桥引起的地面建(构)筑物沉降机理及施工方案的合理性，以广州地铁18号线下穿广深港高铁桥为例，采用三维有限元分析软件MIDAS-GTS对盾构隧道开挖的全过程进行数值模拟，研究由地铁盾构隧道下穿高铁桥造成的地面沉降及桥桩变形影响。同时，将桥墩墩顶位移及地铁隧道结构变形的现场监测数据和数值模拟结果进行对比分析，研究了造成二者差异的主要因素。研究结果表明：场地工程地质条件良好且围岩自支撑能力强，采用盾构法直接下穿沙湾水道特大桥，在采用隔离桩加固措施后，桥桩沉降及其水平变形均在可控范围内；盾构施工对桥梁桩基的附加内力较小，既有桥梁的结构刚度能满足其抵抗变形的要求；区间地铁与桥梁桩基净距较大，同时地层情况以中风化粉砂质泥岩为主，当采用隔离桩加固措施后，区间地铁开挖对桥梁影响较小；桥墩最大实测沉降是其数值计算结果的1.15倍，监测结果与数值模拟结果保持了较好的一致性。     

南京富水松软地层新建盾构隧道穿越引起的既有隧道工程安全等级划分

为定量评估既有地铁盾构隧道受穿越施工扰动后的结构安全状态与服役性能，采用MIDAS软件建立了新建盾构隧道穿越既有盾构隧道的三维数值模型。通过调整隧道间的竖向净距，对南京地区以富水砂层、软土层为主的松软地层条件下的盾构隧道穿越施工引起的既有隧道的竖向位移响应进行了定量研究，并根据隧道的力学衰减特性分析了既有隧道的安全等级。结果表明：盾构隧道下穿、上跨施工引起沿既有隧道纵向土体的沉降曲线分别呈“W”型、“M”型，相同地层条件下上跨施工引起的既有隧道变形的绝对值比下穿施工小；南京富水砂层、软土层新建隧道穿越引起既有隧道沉降半槽范围分别约为3.5倍与5.0倍隧道外径；结合既有隧道力学性能衰退特征，以隧道纵向差异变形量作为指标将盾构隧道穿越工程划分为微弱影响、一般影响、显著影响、强烈影响等四类；根据数值模拟和历史变形数据，预测了南京地区3个典型的盾构隧道穿越工程施工完成后既有盾构隧道的竖向差异变形量，据此计算了相应的影响等级及其同等级下的竖向变形余量。     

新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响

以某新建盾构隧道拟近距离垂直下穿苏州地铁1号线区间隧道为研究对象,采用有限元分析软件ANSYS对盾构隧道施工过程进行三维弹塑性数值模拟,分析不同间距时新建隧道垂直下穿对既有地铁隧道的影响。结果表明:应力、弯矩、轴力和土层位移均随着开挖步的增加而增加;新建隧道开挖对既有隧道的影响在3倍新建隧道直径范围之内;在条件允许的情况下,新建隧道垂直下穿既有隧道的间距应大于0.8倍新建隧道直径,否则,应采用改变施工参数、加固既有隧道周围土体等施工措施,降低既有隧道截面的应力、弯矩、轴力和土层位移的增加值,确保既有隧道结构的安全和新建隧道的顺利掘进。     

地铁盾构施工下穿既有明挖隧道模型试验研究

为探究盾构下穿施工对既有隧道结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市地铁5号线下穿6线隧道为工程背景,基于几何相似比配制地层和结构模型试验材料,并设计试验监测系统。采用直径1 200 mm小型盾构机,试验模拟盾构隧道以不同深度垂直下穿既有6线隧道的施工过程,并分析下穿过程中既有6线隧道和地层土体的沉降变形规律。结果表明：随着既有隧道底部地层距盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为1.5倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道拱顶距离分别为1倍洞径和1.5倍洞径时沉降最大差值为31.25%;6线隧道结构与其下方地层产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于80%。     

流固耦合作用下基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道的影响研究

为研究基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道变形的影响,基于比奥固结理论,结合修正摩尔库伦本构关系,建立考虑流固耦合的三维有限元分析模型,探讨基坑降水深度、降水速度、土体渗流特性、基坑开挖工艺等对下卧既有地铁隧道及其围护结构的影响,并与现场监测结果进行对比验证。研究结果表明:基坑降水深度对隧道结构变形有着较大影响,适宜的降水深度有利于抑制地铁隧道的隆起;在分块开挖效应下,隧道最终呈"M"形曲线隆起,竖向位移最大处位于隧道中部的两侧位置;土体渗流存在空间差异性;基坑降水速度会对隧道围护结构的内力产生重要影响,随着降水速度的增大,围护结构的内力会继续增长;隧道衬砌结构变形呈"水平向压缩、竖向拉伸"的竖椭圆状发展,隧道靠近基坑两侧的腰部变形较大;考虑基坑降水的流固耦合分析结果更接近现场实测结果。     

基于协同传递效应的盾构隧道穿越对地层与建筑物影响研究

城市主城区中修建大规模的地铁工程时,地下隧道下穿各类建筑物会对隧道上覆地层产生扰动,从而导致周围的建筑物不均匀沉降甚至倾斜开裂,对建筑物的安全构成威胁。文章以深圳地铁13号线盾构施工为工程背景,以隧道穿越的深圳职业技术学院某宿舍楼为研究对象,运用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立隧道-土体-桩基-建筑物三维有限元模型,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降、建筑物变形以及内力的变化进行分析。结果表明：隧道施工引起的地层变形主要集中在隧道上方的土层中,盾构掘进前和盾构掘进后的建筑物梁柱构件内力没有明显改变,隧道下穿建筑物造成的影响是由于盾构施工打破建筑物与基础之间的初始平衡状态,导致建筑物结构产生的附加内力在建筑构件中协同传递而造成的。     

地铁隧道近距离下穿高铁大直径盾构隧道施工变形特征分析

以北京地铁12号线下穿清华园大直径盾构隧道工程为依托,针对盾构隧道整体变形具有非连续性的特点,引入三维精细化建模技术,采用现场实测与有限元数值计算相结合的手段,对暗挖法下穿施工引起的既有大直径盾构隧道变形进行深入研究.研究表明:(1)暗挖隧道下穿既有大直径盾构隧道时,当两线间距为1.6D时,既有隧道的沉降模式为"V"形...     

小净距盾构隧道施工诱发邻近建筑物沉降分析

针对小净距穿越两栋建筑物的地铁盾构隧道施工引起地表沉降和两侧建筑物倾斜的问题，采用数值模拟方法分析盾构隧道施工对邻近建筑物及其桩基础的影响。结果表明：后行线（北线）开挖引起的隧道轴线上方地表沉降略小于先行线（南线），两者叠加形成的沉降槽呈偏W形；开挖面位置一定时，桩顶沉降大于水平位移，桩底沉降与水平位移接近；随着开挖面接近桩，桩顶沉降和桩底水平位移逐渐增大，在开挖面通过2倍洞径后桩底水平位移逐渐趋于稳定，在开挖面通过6倍洞径后桩顶沉降逐渐趋于稳定；随着开挖面接近桩，桩顶及桩底水平位移朝向隧道，桩中部则远离隧道。     

盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路稳定性控制措施研究

为确保盾构隧道与箱涵掘进过程中围岩的稳定和铁路路基沉降与变形在允许范围之内,采取合适的开挖方案以及相应的加固措施至关重要。为此,依托厦门地铁6号线,借助有限差分软件FLAC3D和现场监测数据,对隧道和箱涵交叠下穿铁路不同施工工况下结构特征位置点、地表变形和铁路路基变形加固措施进行分析,得出以下结论：(1)通过对隧道和箱涵结构特征位置点与地表位移等进行深入研究,得出最优开挖方案为先箱涵开挖、后盾构右线开挖、再左线开挖;(2)围岩和路基在未加固的情况下,箱涵发生主动破坏时,变形发展至地面,加固之后,盾构隧道与箱涵开挖面附近破坏土体慢慢变为只发生在开挖面前方,而不会向上发展;(3)现场监测数据得出地表位移、隧道拱顶和箱涵顶部位移均有随时间逐渐增大的趋势,而隧道净空收敛无太大变化。隧道与箱涵开挖面支护应力监测值都在一个范围内波动,将其和数值结果对比可发现数值与现场实测结果较为吻合。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

明挖隧道与盾构隧道下穿铁路桥变形影响及隔离桩效果

济南市双线明挖隧道和双线盾构隧道先后下穿既有铁路桥梁。为保护既有铁路桥墩和桥桩,拟定采用隔离桩和不采用隔离桩两种方案,通过数值模拟研究了明挖隧道和盾构隧道施工时铁路桥梁的桥墩、桥桩位移变化规律及隔离桩的隔离效果。结果表明：明挖隧道围护桩施工+基坑开挖、主体结构施工+覆土回填、盾构隧道下穿引起的桥墩竖向位移分别占桥墩总竖向位移的60.14%、27.07%、12.79%;受围护桩与隔离桩桩长的影响,明挖隧道及盾构隧道施工对24.5 m深以下桥桩的保护作用减弱;与未采用隔离桩相比,采用隔离桩后桥墩最大累计竖向位移与桥桩最大水平位移分别减小了68.5%、60.7%,隔离桩对变形的控制效果明显。     

双线盾构隧道小净距下穿时既有隧道结构的变形数值分析

盾构隧道难免会下穿既有构筑物。以新建某地地铁2号线区间双线盾构隧道下穿既有地铁1号线区间隧道为例,通过运用ANSYS有限元分析软件对土体注浆和未注浆情况下盾构施工进行模拟,得出土体在注浆的情况下既有结构的变形明显减小。最后将ANSYS计算结果与监测结果进行比较,两者相差不大,验证了模拟计算结果的正确性,为今后盾构隧道下穿既有结构的施工提供了借鉴和参考。     

盾构下穿施工对既有隧道影响的数值模拟分析

针对某盾构隧道下穿既有地铁暗挖隧道的施工力学行为进行了三维有限元数值模拟分析。研究结果表明:在盾构推进至距既有隧道边缘3 m前,隧道会发生隆起,且在此位置时隆起量最大,之后开始沉降,在盾构将要穿出既有隧道时,沉降增量最大;隆起量随盾构推力和既有隧道刚度增大而增大,而沉降量与之相反;盾构下穿时,既有隧道结构横截面上会产生扭转,扭转角的大小随盾构推力增大而增大,随既有隧道刚度增大而减小。为确保下穿过程上方隧道的结构安全和列车的正常运行,在距既有隧道边缘3 m时采取措施控制盾构推力和提高既有隧道周围土体的强度非常有效。     

盾构下穿时既有国铁站房的受力分析及加固方案

合肥轨道交通1号线三期瑶海公园站—合肥站区间隧道正下穿未预留条件且经过两次改造的合肥站站房。为保证盾构顺利下穿,采用数值模拟计算,分别分析了站房基础存在既有沉降、站房无加固时由盾构下穿引起的站房基础沉降及站房上部结构内力变化、不同站房加固方案对应的结构内力变化等问题。研究结果表明：针对不同地层损失率,在站房无加固条件下,盾构隧道下穿会导致站房部分结构承载力不足;提出新增桩基+预应力梁的加固方案,经验算后证实变形及结构内力能满足要求。     

人行地道上跨地铁盾构区间隧道影响分析研究

地面基坑位于地铁区间隧道上方时,由于基坑开挖的卸荷作用会对下方地铁隧道的变形内力产生一定影响。以昆明某人行地道基坑上跨地铁盾构区间隧道为例,模拟基坑开挖过程,分析了各工况下基坑开挖对下卧地铁盾构隧道的变形和内力变化规律。分析研究表明基坑开挖会引起盾构隧道整体上浮,盾构隧道轴力、弯矩均有一定减小,剪力增大,但盾构隧道位移及内力的变化量相对较小,对地铁的安全运营影响较小。