地铁隧道工程开挖过程中地下管线的受力情况分析

地铁隧道工程开挖过程中的地层运动对地下管线影响较大。基于温克尔弹性地基梁经典理论,着重分析了隧道工程开挖影响下的地下管线受力情况,推导出了地下管线的沉降、弯矩和剪力的表达式。结合西安地铁3号线延兴门站—咸宁路站区间具体工程,分析了不同因素对管线变形影响的规律。研究表明:地下管线的不均匀沉降及内力随管线与隧道倾角增大而增大,管线刚度变化对管线沉降影响极小。     

穿越施工中管线与土层共同变形规律分析

研究目的:为了解穿越工程中管线与土层的共同变形规律,建立管-土相互作用三维有限元模型,分析土体及管线刚度、新建隧道直径、管线与隧道净距对管线沉降和内力的影响。研究管线沉降和弯矩随管土刚度系数K的变化规律,提出柔性管线、弹性管线和刚性管线的管土刚度系数K判定值,给出管线最大弯矩和最大沉降的简便计算公式。进行室内离心模型试验及现场实测,将管线监测数据与数值模拟进行对比研究。研究结论:(1)管线沉降和弯矩均随管土刚度系数K的增大而减小;(2)当K<0.1时,管线为柔性管线,管线与土层能够协同变形不产生脱空,此情况下可把土层沉降当作管线沉降来计算管线内力;(3)当K>100时,管线为刚性管线,管线很容易与土层产生脱空,可采用土层反力作为荷载来计算管线内力;(4)当0.1≤K≤100时,管线为弹性管线,可能与土层产生脱空,宜通过考虑管土分离的有限元模型进行其受力分析;(5)本研究成果可为隧道施工中既有管线的安全评价提供理论依据。     

隧道施工引起地下管线变形的安全评估

基于Peck经验公式和管土相互作用弹性连续解的理论,建立地表沉降与管线变形的内在联系,提出隧道施工扰动下地下管线的安全评估方法,并结合工程实际案例,对该方法的应用作了详细的阐述.该方法能利用施工实测数据及工况,确定地表沉降沉槽宽度系数、地层损失率及管土相对刚度,进而实时评估管线应力和弯矩及其安全状态,对隧道施工引起的地下管线变形的安全评估具有一定的指导意义和参考价值.     

隧道竖井施工对地下管线影响的数值模拟

研究目的:研究武汉长江隧道施工对地下管线的影响,对于确保工程的安全实施至关重要.建立江北竖井地下连续墙、土体与地下管线变形耦合作用的三维有限元分析模型,分析不同开挖步骤、不同管材、不同地下管线埋深、离基坑的不同距离、不同管径、壁厚对地下管线位移的影响.研究结论:以武汉长江隧道江北竖井施工为例,通过建立计算模型和对不同开挖步骤、不同管材、不同管径、不同地下管线埋深、离基坑不同距离的分析,管线位移随开挖深度增加而增大,头两步开挖对管线位移的影响起决定性作用,在前二步开挖时要严密监测施工对管线的影响;由于受到地下连续墙的抑制作用,地下管线存在着端部效应问题,离基坑越近,其端部效应越明显,端部效应改变了管线的位移形态;管线外径和壁厚对其位移的影响不显著;多种管线并存时,其相互影响不显著.     

隧道竖井施工对地下管线影响的数值模拟

研究目的：研究武汉长江隧道施工对地下管线的影响，对于确保工程的安全实施至关重要。建立江北竖井地下连续墙、土体与地下管线变形耦合作用的三维有限元分析模型，分析不同开挖步骤、不同管材、不同地下管线埋深、离基坑的不同距离、不同管径、壁厚对地下管线位移的影响。研究结论：以武汉长江隧道江北竖井施工为例，通过建立计算模型和对不同开挖步骤、不同管材、不同管径、不同地下管线埋深、离基坑不同距离的分析，管线位移随开挖深度增加而增大，头两步开挖对管线位移的影响起决定性作用，在前二步开挖时要严密监测施工对管线的影响；由于受到地下连续墙的抑制作用，地下管线存在着端部效应问题，离基坑越近，其端部效应越明显，端部效应改变了管线的位移形态；管线外径和壁厚对其位移的影响不显著；多种管线并存时，其相互影响不显著。     

城市轨道交通隧道空间综合利用研究

在轨道交通网络化的形势下,从集约化利用地下空间的角度出发,探索如何利用城市轨道交通区间隧道的剩余空间,铺设市政管线。研究了3种不同形式的区间隧道(双圆隧道、单圆隧道、矩形隧道)内铺设管线的方式,并分析了外来管线对隧道的影响,提出了解决方案。     

地铁施工影响邻近管线的研究现状与展望

从地下管线初始应力、接口模拟、失效模式、管土相互作用、控制标准、评估简化算法、离心模型试验以及有限元数值分析等方面,综述了国内外隧道施工对地下管线影响的已有研究成果。开挖引起周围地层的差异沉降是导致管线功能丧失的主要原因,主要表现形式为纵向弯矩引起的横向断裂和非刚性连接的管线接头张开等。影响管线变形的主要因素包括管线与隧道的相对位置、管线的弯曲刚度和土体的强度。管线的控制标准可以从地层移动、管线接头转角与脱开以及管线应变等方面考虑制定。对此类问题的分析,常用的弹性地基梁法与工程类比法都是基于经验的预测方法,没有考虑管道腐蚀引起的安全性下降,仅是采用较严格的变形控制标准。应在腐蚀管道评定的基础上合理制定变形控制标准,结合开挖引起地层移动与管土相互作用以及管材强度与变形特性的研究,建立一套完整实用的管线安全性评估体系。     

盾构下穿地下管沟施工影响案例分析及其控制研究

北京地铁8号线天桥站—永定门外站区间隧道盾构施工需下穿地下热力管沟和污水管沟。由于盾构开控对地层扰动较大,且易引起邻近管线变形,故采用有限差分法对盾构隧道近距离下穿地下管线的施工过程进行动态模拟,计算分析了盾构施工时的土体变形及管线沉降变形等情况。模拟计算结果表明,盾构施工引起的土层及管线变形在施工允许范围内,但局部管线变形值接近控制值,且热力管沟发生了不均匀沉降。对此,提出了施工控制措施和监测方案。监测结果满足施工相关要求,且与模拟计算结果吻合。     

郑州地铁盾构隧道管片衬砌不同计算模型比较

针对郑州地铁某盾构区间隧道,在隧道覆土厚度、地层、地下水位和其他条件相同情况下,采用均质圆环法和梁-弹簧模型两种方法对管片衬砌的内力和变形进行了计算比较。均质圆环法弯矩较大,相应变形和轴力较小。均质圆环法与圆环刚度有效系数相关,有效系数越大,弯矩越大,变形和内力越小。梁-弹簧模型不仅考虑环向接头刚度还考虑了纵向接头刚度(径向和切向),与实际情况较为接近。     

软土地区盾构隧道穿越地下管线引起的管线沉降分析

盾构隧道施工引起地下管线沉降的规律与通常情况下盾构推进引起的地层沉降规律有明显的不同.基于某软土地区地铁隧道工程实例,对上、下行线隧道穿越地下煤气管线的整个施工期间及其后续阶段的管线沉降观测数据进行分析,从管线沉降随切口位置的变化、直接观测点与间接观测点的沉降比较、不同位置观测点的沉降比较和纵向沉降特征等4个方面进行研究.结果表明:上、下行线隧道引起地下管线的累计沉降历程规律基本一致;采用间接观测点观测地下管线沉降具有一定的合理性;上、下行线隧道引起地下管线上不同位置观测点沉降的规律有所差异;上行线穿越后,地下管线的纵向沉降近似符合Guassian正态分布,而下行线穿越后不再服从该分布形式.     

轨道交通工程周边地下管线位移控制指标

系统分析地表位移、管线自身位移等地下管线控制指标的相关研究成果.对北京地区26条管线直接监测点的管体变形结果以及137条管线地表间接监测点的实测结果进行分析,研究地下管线的变形规律.实测结果表明,地下管线的差异沉降是控制其安全的重要指标,评价地下管线的安全状态应同时考虑管线的总体沉降和差异沉降.根据工程监测情况分析总结地下管线总体沉降量较大的原因,并给出不同类别地下管线控制指标的建议数值.严格控制施工过程、合理调整施工参数与控制盾构姿态,避免不正常事故的发生,是保障地下管线安全的关键.     

柱洞法施工地铁车站邻近管线变形控制技术

结合长城桥车站隧道施工对管线的影响,建立隧道支护结构-土体-地下管线耦合作用的三维有限元分析模型,并对施工过程进行了仿真分析。根据数值模拟结果,提出针对不同材质管线制定的变形控制标准。经现场管线沉降监测数据验证,制定的管线沉降控制标准对现场施工有指导作用。     

非均质地基中盾构隧道的纵向变形分析

盾构隧道沿纵向将不可避免地穿越多种地层,地基的非均质性和非连续性是广泛存在的。针对非均质地基中盾构隧道的纵向变形问题,将盾构隧道视为非均质Winkler地基中的Euler-Bernoulli梁,建立非均匀地基中盾构隧道纵向力学性能分析的非均质Winkler地基-EB梁模型,基于中心差分原理,推导得到解析模型控制方程的显式有限差分解。通过与既有研究成果的对比,验证解析模型的可靠性。而后,基于所建立的解析模型系统分析2类典型非均质地基条件下地基变异性对盾构隧道纵向变形和内力的影响,进一步讨论软硬地层渐变时隧道的纵向力学特性。研究结果表明：不同地基条件下所推导的有限差分解与既有有限元结果较为吻合,证明所建立的解析模型及其解答是准确可靠的;相邻地基刚度的差异会显著影响盾构隧道的纵向变形和内力,软硬地层交界面处隧道变形和内力会产生明显变化,且隧道剪力在此达到最大值,易产生环间错台等病害;对于软硬突变地层,隧道最大差异沉降随软弱地基刚度的减小线性增大,而最大弯矩和剪力的变化呈现出一定的非线性;对于含软弱层的软硬交替地层,软弱层相对刚度和相对长度均会显著影响隧道的纵向变形和内力,隧道最大差异沉降和最...     

可液化地层叠落盾构隧道抗震分析及对策

饱和砂土地层的盾构隧道可能因液化影响产生变形及内力变化引起隧道破坏,地层液化对叠落隧道的影响可能因结构间的相互影响而加剧.基于工程实例,采用有限元分析软件Midas GTS建立三维模型,对可液化地层叠落隧道进行水平和竖向抗震动力时程分析,分析了液化地层在隧道不同位置以及不均匀分布情况对隧道的不同影响,对液化与非液化情况的隧道结构内力及变形进行对比,研究了地层加固对液化地层的处理效果.液化情况下隧道内力及变形均有一定程度的增加,其中液化地层处于隧道底部、液化地层分布不均匀对隧道影响程度较大,竖向地震作用主要影响隧道的竖向变形.综合考虑多种加固方案,中等液化程度时盾构隧道采用径向注浆加固地层有较好的效果.     

地下管线群跨越地铁隧道的压载补偿预制管沟结构施工技术

针对市政地下管线群跨越地铁隧道时可能引起隧道结构变形问题,设计了一种预制管沟结构。管沟结构由U型槽、底板与盖板组成。该结构利用盖板上方的砂袋压载来补偿土方开挖造成的卸荷,可实现施工期间的基本零卸荷,从而控制下方地铁隧道的隆起变形,以确保地下管线施工期间的地铁运营安全。工程实践表明,该管沟结构尤其适用于软土地区,能有效控制土体卸荷引起的地铁隧道隆起变形。     

钻孔咬合桩基坑围护结构设计计算方法探讨

通过对钻孔咬合灌注桩基坑围护结构受力特点的分析,按照刚度等代地下连续墙思路,提出了其设计计算方法,并从变形和内力两个方面进行了讨论。最后通过一个工程实例表明,这种方法基本上综合反映了素钢筋混凝土及配筋桩在基坑变形、内力方面不同的作用特点,能比较合理地描述钻孔咬合桩的作用机理。     

双跨无柱装配式地铁车站结构力学特性分析

为充分发挥装配式地下结构的优点,依托某工程地下二层岛式车站,设计了双跨无柱装配式地铁车站,并对因横断面跨度较大、接头连接刚度不易确定造成结构受力和变形较为复杂等问题展开研究.通过建立多幅地铁车站"荷载-结构"整体计算模型,计算分析装配式地下车站结构的整体变形、局部接头变形、结构应力和内力.分析结果表明:该双跨无柱装配式...     

淤泥质土浅埋暗挖隧道下穿既有管线影响研究

研究目的:城市浅埋暗挖隧道经常近距离下穿既有建筑物,因此针对开挖引起地层及结构的变形影响研究具有重要意义。依托杭州市紫之隧道下穿既有地下管线工程,采用三维有限元数值模拟,研究在淤泥质地层中隧道底到地表距离H、隧道与管线夹角θ等因素对管线和地层变形的影响。研究结论:(1)与隧道交汇处的管线变形具有先缓慢沉降,接着快速沉降,最后逐渐趋于稳定的三阶段沉降规律;(2)管线的最小沉降量均位于管线的起始端,而最大沉降量随着θ的增大,逐渐从管线的末端向管线的中间段移动;(3)相同θ下,随着H的增大,管线最大沉降量逐渐增大;而相同H下,随着θ的增大,管线最大沉降量逐渐减小;(4)本研究成果可为淤泥质地层隧道下穿既有管线工程精细化设计与施工提供参考。     

盾构隧道管片接头抗弯刚度的三维数值计算

管片接头是装配式盾构隧道的关键部分,其抗弯刚度对管片环的内力及整体性能均有重要的影响,使得接头抗弯刚度的取值显得尤为重要.本文以广州地铁盾构隧道使用的管片为研究对象,采用三维有限元法,利用通用有限元软件ADINA,在建立精细有限元模型的基础上,计算得到正负两方向及不同偏心距荷载下接头变形的特点和接头的抗弯刚度.从而可知,正弯曲刚度具有一定的非线性性质,线性回归得到的刚度量值为1 236.7kN·m/rad;负弯曲刚度曲线为线性,线性回归得到的刚度量值为2 295.1 kN·m/rad.接头刚度受接头内力组合的偏心距影响,偏心距越大,接头刚度越大.在接头的模拟计算中,有必要建立和实际相同的数值模型,从而避免各种误差.     

地下水水位上升对地铁隧道结构的影响分析

在分析北京地区地下水水位上升情况的基础上,采用FLAC数值模拟方法,以拱顶埋深6 m、直径10 m的地铁隧道为例,研究地下水水位逐步回升情况下,隧道结构在位移、变形、内力(弯矩和轴力)、塑性区等方面的变化趋势和分布规律。分析结果表明,在地下水水位明显回升的情况下,隧道发生整体上浮、结构整体破坏的可能性不大,但会使隧道结构的内力(弯矩和轴力)发生变化,并且产生变形,会对地铁结构产生一定的影响。这些变化甚至有可能引起结构的开裂、渗水以及由此带来的一系列问题。因此在进行地铁、地下结构的规划、设计和施工过程中应对地下水的变化给予重视。