地铁盾构隧道侧穿锦江大桥施工的三维数值模拟

研究目的:以地铁区间盾构隧道工程为对象,采用三维有限元法分析盾构隧道修建对临近拱桥桥墩位移和结构内力的影响,并与无加固工况的计算结果进行对比,论证采用旋喷桩加固地层的效果.研究结论:计算表明在不加固情况下,隧道修建将对桥墩沉降和拱结构内力产生显著影响.采用旋喷桩对地层进行加固后,桥墩沉降能够得到较好控制,其中最大沉降和最大不均匀沉降比无加固情况分别减少了38%和44%.同时隧道修建对拱桥结构内力的影响也得到显著降低,与无加固工况相比,结构内力降低25%～40%.该加固方法能够保证盾构隧道修建时拱桥结构的安全性.     

不同加固方式下盾构施工对桥梁桩基影响的研究

某城市地铁盾构隧道近距离穿越城市立交桥桩基,最小净距仅1.56 m.应用 ANSYS 建立三维非线性有限元模型分析盾构隧道施工对桥梁桩基的影响.采用接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,分析不同加固方式下盾构隧道掘进对近接桩基位移和内力的影响.计算结果表明:盾构隧道近接施工时,既有桩基会产生侧移和附加内力;对距离隧道较近且靠近隧道侧的桩基进行花管注浆加固效果不明显;对盾构隧道穿越地层进行加固能有效降低桩基的侧移和附加内力.     

铁路列车荷载对下穿盾构隧道结构的影响

以某盾构穿越铁路既有线为背景,采用地层结构法,通过有限元数值模拟,选取对地基加固与不加固两种情况计算铁路列车荷载对盾构隧道的附加动应力影响,然后采用荷载结构法对偏载模式下隧道结构的内力和管片配筋进行了计算分析。结果表明:铁路列车荷载对盾构隧道的附加动应力影响较大,使隧道结构内力增大。加大隧道管片结构的配筋量,对地基进行加固,可以减小附加动应力的影响,从而减小结构内力。     

砂卵石地层盾构多次下穿连拱桥稳定性分析

研究目的:砂卵石地层具有显著的弱胶结、高灵敏度、受扰动后自稳能力差等特点,在类似于这样的砂卵石地层进行盾构小净距多次下穿连拱砖桥的相关工程案例和研究较少。本文以成都地铁5、6号线隧道多次盾构下穿连拱桥为工程背景,运用三维有限元法分析砂卵石地层盾构隧道近接施工对连拱桥结构位移和内力的影响,并与地层注浆加固工况进行计算结果对比分析,从而为砂卵石地层盾构隧道修建技术提供理论指导。研究结论:(1)未经加固连拱桥在盾构多次近距离下穿下产生了较大的竖向、横向位移,最大位移值分别为3.92 mm和0.52 mm;桥墩的不均匀沉降及盾构隧道施工会引起拱桥结构的轴力、剪力和弯矩发生变化,拱桥内力最大值均出现在拱脚处;(2)对连拱桥基底及隧道周围地层进行注浆加固后,能够显著减小连拱桥的整体位移,桥体最大竖向、横向位移分别为2.96 mm和0.39 mm,比无加固工况减小了24.5%和25.0%,同时隧道多次下穿连拱桥对拱圈内力的影响也得到了控制,桥体拱圈轴力和剪力变化较小,弯矩值显著减小,降低了13.1%;(3)该注浆加固方法能够确保盾构隧道修建时连拱桥结构的运营安全,研究成果可为砂卵石地层盾构隧道修建技术提供理论指导。     

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。     

液化场地地铁区间隧道抗震设计研究

借鉴建筑结构抗震设计理念及以往工程实践,总结了液化场地条件下地铁隧道抗震概念设计和构造设计的原则,并基于有限差分程序FLAC3D研究了地铁隧道与液化层处于不同相对位置关系时结构的动力反应,从而提出地铁隧道计算设计的抗液化处理原则。研究结果表明:当液化层位于地铁隧道拱顶附近及以上时,如不影响施工,可以不对液化层进行处理;液化层位于隧道拱腰及以上时,地层液化对结构内力及变形将产生一定影响,建议对该部分液化层进行加固处理;隧道周边土体全部为液化层时,地震时结构的内力和地层变形会大幅增加,必须对液化层进行加固处理。不论地铁隧道与液化层相对位置关系怎样,一般均应进行抗浮验算。     

盾构吊装对初期支护条件下矿山法隧道的变形影响分析

为研究盾构吊装对初期支护条件下矿山法隧道的变形影响,以实际工程为例,采用三维数值有限元分析方法,分析了实际地层条件下及对隧道周边地层进行加固后,矿山法隧道在盾构吊装作业下的变形,得出盾构吊装对初期支护条件下矿山法隧道的变形影响较大,在原有地层直接进行盾构吊装施工存在一定施工风险,宜在对隧道周边地层进行加固后再盾构吊装施工。本文采用结构建模进行数值分析,所得结果为盾构整体施工安全提供保障。     

大范围地震液化条件下地下结构设计研究

研究目的:结合太原地铁2号线设计过程中遇到的大范围饱和砂土地震液化地层,分析液化地层对地下结构的作用机理,以发生地震液化后保证结构安全为目的,借助于理论解析、数值模拟与模型试验相结合的手段,揭示液化后地层对地下结构的不利影响,并提出相应的控制措施,进行相应的针对性设计。研究结论:(1)明挖围护结构可与底板以下非液化土层形成一个封闭围合结构,仅需对结构底板及以下的液化砂层进行处理;(2)盾构隧道具有一定柔性,易受地震液化影响,液化砂层位于洞身及以下范围时,地层发生液化对结构内力及变形影响较大,需对该部分液化砂层进行加固处理;(3)其他情况,只需在结构设计中考虑发生液化时的附加应力影响;(4)该研究成果可作为大范围地震液化地层条件下的地下结构设计的参考。     

暗挖隧道近接上穿地铁盾构隧道的施工模拟

结合北京地铁10号线"国—双区间"盾构隧道受近接上穿地下过街通道施工影响的工程问题,针对盾构隧道周围地层的二重管无收缩WSS工法注浆加固措施,对整个动态施工过程进行了数值模拟分析,预测了地下通道的开挖卸荷引起下卧盾构隧道的变形情况,并评估了盾构隧道的安全性。通过计算分析,发现对近接盾构隧道周围地层采用WSS工法注浆加固能够有效地减小开挖卸荷引起的既有盾构隧道隆起变形和收敛变形,增大变形曲率半径,从而减小盾构管片的纵、横向的附加应力,对近接施工中的既有结构起到了保护作用。     

地表均布超载作用下软土地区既有盾构隧道对地层相对挤压量的计算方法

关于地表超载对既有盾构隧道的影响,现有的分析计算理论忽略了既有隧道与地层的相互作用,由此计算得到的盾构隧道周围的附加土压力与实际不符。基于模型试验结果,分析既有盾构隧道与地层的相互作用,提出采用"两状态对比法"分析地表超载作用下盾构隧道对地层的相对挤压状态,并根据盾构隧道与地层的相互作用关系,推导盾构隧道对周围土体的水平和竖向相对挤压量计算公式,为下一步理论计算地表超载导致的隧道周围附加土压力奠定基础。盾构隧道对周围土体的相对挤压分析表明:在地表超载作用下,水平相对挤压量可简化为三角形,水平地层抗力范围约为72°;当隧道穿越土层的竖向压缩量大于隧道的竖向收敛变形时,隧道对地层产生竖向相对挤压,竖向相对挤压量与隧道变形及穿越土层的压缩模量有关。     

局部液化区对地铁区间地震响应影响分析

为了研究局部液化区对邻近区间结构地震动力响应的影响,通过数值仿真模拟,分析区间隧道顶部存在局部液化区时区间隧道的动力响应规律,并针对设计过程中采用的增大管片配筋和增强纵向连接螺栓的抗液化措施进行探讨。经分析,局部液化区对邻近的隧道结构有较大影响,靠近液化区一侧隧道结构内力在地震液化工况下相比非地震液化工况时有显著增加;局部液化区对邻近隧道内力的影响范围沿隧道轴向约为3D(D为局部液化区的等效直径);隧道下穿局部液化区时,地震时隧道结构会发生上浮,但局部液化区对隧道结构位移影响不大;增大管片配筋和增强纵向连接螺栓刚度可以有效地控制管片内力,防止因内力过大引起的管片破坏。     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

双线地铁隧道盾构施工对地层与建筑结构影响研究

地铁隧道施工会对周围地层产生扰动,引起周围地层应力的释放和调整,从而导致相邻建筑物的不均匀沉降和倾斜,严重时甚至出现失稳和坍塌,造成重大损失.文章以杭州地铁3号线隧道穿越某新建中学的盾构施工为研究对象,利用有限元软件MIDAS GTS/NX,建立考虑隧道-土-锚杆-桩-建筑物相互作用的三维有限元模型,并通过三维数值模拟...     

泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性影响分析

以昆明地铁3号线工程为依托,运用有限元动力分析研究泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性的影响,为泥炭质土层盾构隧道衬砌结构抗震设计提供理论指导。结果表明:当隧道周围地层中富含泥炭质软弱夹层时,在地震荷载作用下,隧道结构受力形态呈"椭圆"状,隧道结构轴力、弯矩及主应力减小幅度较大,剪力略小,其中,两侧泥炭质土夹层组合减小幅度最大,对隧道抗震最为有利;当隧道上覆和下卧泥炭质土层时,地层交界面与隧道结构的接触点产生异常的动应力集中,是隧道结构抗震的薄弱环节,因此,盾构隧道的设计、施工应充分考虑隧道结构外侧岩土体的不均匀性,以确保隧道的长期安全性。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用FLAC~(3D),采用PL-Fin土体液化本构模型,总结地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行对比。主要结论有:地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

地震作用下地铁隧道与邻近建筑相互影响研究

以西安地铁某区间隧道侧穿学校公寓为研究对象,利用MIDAS GTS数值模拟软件进行时程分析。重点研究了地震作用下地铁隧道与邻近建(构)筑物间的相互影响。研究结果表明,隧道结构刚度较周围地层大,对周围地层变形存在约束性,使隧道周围地层的整体刚度有所提高,隧道结构的修建不会造成周围地层及邻近建筑所受地震作用增大,而邻近建筑的存在会造成隧道结构所受的地震作用增大。根据研究结果,针对隧道邻近建(构)筑物提出了抗震构造措施,为类似工程提供参考。     

地铁隧道盾构施工对桩箱建筑物影响研究

为保证地铁双线盾构隧道下穿桩箱基础建筑的安全,采用abaqus有限元软件建立计算模型,模拟不同桩长、桩径、土体损失率及不同工况下桩基和基础底板附加变形及附加内力变化规律,从而对隧道下穿桩箱基础建筑的设计提供借鉴作用。结果表明:(1)随桩长增加,底板竖向附加变形和附加弯矩逐渐变小,底板竖向附加弯矩在桩顶出现极大值;3号基桩(右线隧道左侧)随桩长增加,桩身最大水平位移、附加弯矩和附加轴力均逐渐减小。(2)随桩径增大,底板竖向附加变形逐渐减小,3号基桩附加弯矩逐渐增大。(3)随土体损失率增大,底板竖向附加变形逐渐变大,3号基桩附加弯矩逐渐变大。(4)施工完毕后,除4号桩(两隧道之间)外,其余各桩水平变形规律为靠近隧道的两排桩累积变形最大,离隧道越远,桩体变形越小,4号桩体最终附加水平变形倾向于先期开挖的左线隧道。     

地铁隧道下穿河流施工遇富水软弱地层的控制技术

以青岛地铁某隧道下穿河段工程为依托,在对地质条件及工程资料进行深入分析的基础上,提出了包含超前深孔注浆、地面复合锚杆桩及洞内小导管补偿注浆等多种注浆加固措施的联合控制方案。通过数值模拟及现场监测,研究了地铁隧道区间下穿河流施工时所遇富水软弱地层的结构及其地表变形特性。结果表明:注浆施工会导致软弱地层膨胀隆起,诱发左、右隧道区间正上方的地层出现“M”型的正曲率变形,地表变形范围约为隧洞跨度的2倍;注浆压力和注浆量对地表隆起的速率和变形量有一定影响,必须及时结合监测资料动态调整注浆工艺和关键参数。该联合施工控制方案具有良好的加固控制效果,能够改善施工作业面前方的地质特性,可有效控制隧道结构及其上部地层的变形。     

软土地区地铁矩形隧道长期沉降规律及预测

针对运营中的软土地区某地铁区间矩形隧道的病害发展情况,从大量监测数据入手,分析研究隧道变形发展在各个时期的规律(结构自身应力平衡、土层固结、周边环境变化),发现该区域隧道变形主要受软弱地质条件及周边物业开发影响。同时,针对计算结果,分析该隧道各个区段沉降发展趋势,认为在无外部影响情况下,隧道沉降呈收敛趋势。为该隧道的沉降治理提供有效的理论依据,也为类似工程提供参考。     

泥炭质软土地区盾构隧道抗震性能研究

文章采用ANSYS有限元分析软件,对土体与衬砌管片组成的耦合系统进行盾构隧道抗震三维有限元分析,其中考虑了土层的内摩擦角、内粘聚力。对不利于抗震的泥炭质土层采用多线性随动强化处理,使计算结果更加真实可靠。管片采用实体梁单元模拟,地震波选取汶川地震的地震动曲线。计算结果包括隧道周围土体的时程位移曲线、管片的轴力、剪力、弯矩等。最后从地震对盾构隧道的影响,对隧道抗震性能进行了初步评估,其结论可供昆明地区盾构隧道抗震设计参考。