盾构开挖引起邻近单桩水平向变形解析研究

为了探索邻近桩基在盾构开挖下水平变形规律，提出了一种邻近桩基水平向受力变形响应的解析方法。首先，基于Loganathan公式获得周围土体在隧道开挖影响下的自由位移，将既有桩基简化成欧拉梁，桩-土相互作用采用Kerr地基模型，建立既有桩基水平向受力平衡方程，从而获得单桩水平变形解析解。通过与有限元GEPAN数据对比，验证了该方法的合理性；与既有的理论解析对比，该方法更贴近有限元GEPAN数据。参数分析表明：增大盾构隧道埋深会致使桩基水平向最大变形位置深度增大，同时会引起桩身最大位移增大；桩基水平向变形响应会随着地层损失比增加而逐渐增大；桩基水平向位移会随着桩基与隧道水平距离的增大而减小，但桩身产生最大水平位移处埋深会随之减小。     

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面稳定性,以Chambon和Cone开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.数值模型引人3维动态柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力并结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进人隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明,ClD}1.0时掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定.砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少.地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定.C/D小于等于1.0时,失稳区直接发展到地表,C/D大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D~1. 3D与0.9D~2.3D.     

隧道群上方土体开挖对隧道竖向变形影响分析

地铁上方土体大面积开挖时,因为卸荷作用,土体会发生隆起,同时土体下方的隧道也会伴随出现变形,变形过大将会影响列车的安全运行。如何控制开挖土体引起的隧道竖向变形是一个非常重要的问题。以杭州某河道开挖工程为研究对象,运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,建立三维模型,分析隧道上方土体开挖顺序对隧道的竖向变形影响。分析结果表明:隧道群上方土体开挖应优先开挖埋深较浅隧道上方的土体,同时尽可能保证开挖区域的对称性,以减小隧道不均匀变形。本文的研究结果可为今后的类似工程提供借鉴。     

软土地层隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

以某典型软土地层中隧道侧穿桩基为例, 采用数值模拟方法开展了隧道开挖对不同位置处桩基的影响程度分析研究。 结果表明： 隧道开挖引起地表的竖向和水平位移显著影响的区域分别分布在距离隧道中心 0 ~ 3D 和 1D ~3D (D 为隧道外径) 范围内, 其沉降曲线与经验公式的一致性验证了数值模型的可靠性; 同时, 桩顶沉降受开挖影响的区域与地层显著沉降区基本一致; 随着桩基与隧道中心线的距离增大, 桩基的安全区范围逐渐增大而警戒区范围逐渐缩小; 对比桩身沉降和水平位移, 可考虑采用桩顶位移作为桩基变形的控制指标, 当盾构掘进通过桩基且与其净距达到 10L (L 为管片宽度) 左右时, 隧道开挖对桩基变形的影响最明显, 可为现场盾构施工中的变形控制提供参考。     

基坑开挖对既有地铁隧道变形的影响研究

为研究基坑开挖对下穿既有地铁隧道变形的影响,考虑土体的小应变刚度,建立了有限元模型,模拟了基坑开挖过程,研究竖向开挖卸荷对下覆隧道变形的影响规律,分析不同开挖深度时下覆隧道的变形特性和变形影响区域,对比了不同基坑土体加固措施对隧道变形的控制效果。研究结果表明：竖向卸载主要引起隧道的竖向变形,坑底隆起,隧道竖向变形和影响区范围随着开挖深度的降低而减小,建议基坑土体加固平面上选择满堂加固,竖向上选择回掺式加固,基坑土体加固强度宜为0.5～1.5 MPa。     

不规则基坑开挖导致紧邻地铁隧道附加应力的计算

对于城市运营地铁线上方新建建筑物的工程,基坑开挖导致隧道受到卸载附加应力,严重的将影响隧道的安全。基于Mindlin解,借助Mathematica数学软件,首先计算矩形基坑坑底竖直卸载和坑壁水平卸载引起紧邻地铁隧道的附加应力值,进而分析隧道走向、隧道-基坑夹角、基坑开挖深度对隧道附加应力场的影响规律;最后以运营重庆地铁一号线七星岗地铁车站上方开挖罗宾森广场基坑为工程背景,计算了不规则形状基坑开挖作用下地铁隧道轴线上附加应力分布。本研究成果是进一步研究不规则形状基坑开挖导致隧道结构内力和变形的基础。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明：隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

盾构隧道近距侧穿施工对建筑物桩基的影响研究

依托某地铁隧道侧穿桩基工程,考虑实际的工程地质条件的影响,采用Midas GTS NX建立数值计算模型,模拟盾构隧道开挖近距离侧穿建筑物桩基的全过程,对注浆和未注浆两种不同的加固方案条件下桩基变形规律进行了分析。研究结果表明,桩基距离隧道越近,桩基变形越大,桩基位移主要发生在隧洞拱顶附近;桩基前后15m开挖范围是影响桩基位移变化的主要区域;注浆有利于防止开挖对桩基的扰动。研究结果为地铁建设中类似地质条件下侧穿建筑物桩基工程提供参考。     

大跨度隧道分部开挖超近距离下穿电力铁塔变形控制技术研究

大跨度隧道以超近距离分部开挖下穿电力铁塔时不可避免的对铁塔桩基产生扰动影响,依托黑白面将军山隧道工程开展了双侧壁导坑法分部开挖下穿电力铁塔数值模拟研究,分析了不同注浆加固方案下地层变形和铁塔桩基稳定性的演化规律。研究结果表明：当不采取注浆加固措施时,中导洞上断面的开挖后围岩最大累计竖向变形为5.3 mm左右,约占最终累计变形的76.8%,是地层变形发展和桩基扰动的关键阶段,电力铁塔随着断面开挖具有向隧道开挖侧偏转的趋势;当采取径向6 m范围注浆加固时,隧道最大拱顶沉降减小了约54%,铁塔桩身倾斜率由0.14‰降低至0.06‰,桩基左右两侧的差异沉降减小,采取注浆加固措施可以实现围岩及铁塔桩基的稳定性控制。     

哈达铺隧道软塑状Ⅵ级围岩浅埋段施工技术

破碎松散的软弱围岩地段,地表沉降及水平收敛值难以控制,台阶开挖难度大、是施工作业的难点.兰渝铁路哈达铺隧道出口端穿越铁匠沟底浅埋段,地质条件复杂.通过对施工过程中逐段揭示的地层地质研究,对比分析了洞内水平旋喷桩、超前管棚+帷幕注浆、地表旋喷桩等施工工艺的实际效果及适用性,最终选择地表竖直旋喷桩方案并伴以掌子面超前加固及封闭,实现了对软塑淤泥质Ⅵ级围岩浅埋隧道的初期支护变形及地表沉降的有效控制.     

Assessing a soft twin tunneling numerical model using field data

Using a five-floor building affected by the Yangtze River highway tunnels in Wuhan as the engineering background, we have constructed a free-field model and a coupled model to study the soil, lining, foundations and upper structure, and analyze the rules of movements of building foundation and ground induced by single tunnel and twin tunnel excavation with the Finite Element Analysis method. It is shown that for the coupled model, the longitudinal displacement of each foundation increases slowly when the tunnel face gets close to the foundation section and then increases fast when the tunnel face moves away from the foundation during the single and twin tunneling. For a single tunnel, the surface settlements are overestimated by the free-field and coupled tunnel. This might be crucial in urban areas. Regarding the maximum settlements and the width of the settlement trough, the difference between the free-field model and the coupled model is quite obvious. This comparison with the field measurement value reveals that the coupled model seems to be superior to the free-field model. These results are of instructive significance for design and excavation.     

近接新建地铁既有污水管道安全性分析

石家庄地铁1号线市招待所段至北国商城段为左右两线,区间隧道上方靠近一既有污水管道,污水管已使用60 a。整条区段上污水管道与隧道呈一定夹角,角度较小。其中靠近地铁车站k10＋928．290～k10＋943．59区间隧道断面尺寸有所扩大,且污水管底板距离左线隧道拱顶仅6．8 m,该区段既有污水管在隧道开挖过程中可能存在安全风险,并且受污水管可能的渗水影响,隧道本身开挖过程中也存在稳定问题。分别分析了隧道开挖过程中既有污水管底板、边墙和拱部横向和纵向应力分布规律,并通过分析纵向不均匀沉降和纵向应力分布的关系,对隧道开挖过程中既有污水管的破坏机制进行了探讨。最后针对工程特点,提出了改进的超前加固方案。石家庄地铁为石家庄市新建工程,对工程后续建设具有一定的借鉴意义。     

素砼桩复合地基处理拓宽路堤软基的现场试验研究

以在建的佛开高速公路谢边至三堡段扩建工程软基试验段为依托,在新老路堤采用合理的拼接措施,软土地基采用素砼桩复合地基进行处理的基础上,结合现场监测数据,分析研究素砼桩复合地基处理高速公路拓宽工程软基的沉降变形特性。     

水平旋喷桩在隧道超前支护中的应用

隧道施工中,采用水平旋喷桩超前支护技术具有较强的适应性和可操作性,能够提高风积砂地区公路隧道围岩的稳定性和地基承载力。对风积砂地层地质条件下的旋喷注浆加固作用机理、水平旋喷支护施工工艺流程和操作工序进行详细讨论,指出施工中的注意事项,为同类工程提供借鉴。     

地基对加筋土挡墙影响的对比分析

为了分析地基对加筋土挡墙的影响,开展了两组离心模型试验.首先根据相似理论确定试验相似比尺,其次根据相似比尺选取试验材料并制作模型进而开展砂土与黏土地基工况时的模型试验,最后采集并分析了填筑期与施工期的墙体位移、水平土压力、基底竖向应力与筋材应变.结果表明:砂土地基时墙体的位移最大值位于结构的上部;黏土地基填筑阶段时墙体的位移约为砂土地基时的3倍并且加载阶段时墙底的位移可达30 cm;水平土压力系数沿着高度方向非线性分布,同时加载期的数值小于填筑期时的值;黏土地基时的墙背水平土压力系数小于砂土地基时的数值;与砂土地基时相比,黏土地基的变形可以减小面板底部竖向应力集中的趋势,使其竖向应力与自重应力比值接近1.0;与砂土地基时筋材拉力相比,由于黏土地基时墙体位移较大,因此此时底部筋材应力可增大3倍,同时筋材应变最大值出现的位置相对更远离墙面.     

盾构穿越桩基截面围岩变形及安全稳定性的研究

结合工程实例,建立有限元分析模型,对盾构穿越桥基截面围岩变形及安全稳定性进行研究。结果表明:桩基荷载作用对围岩变形产生的影响较小,隧道在开挖后进行强度折减,围岩裂纹最先出现在桩基附近,然后沿隧道洞口斜向贯通,最终破坏失稳时围岩的安全系数为1.85。研究方法及结论对指导我国城市地下轨道交通建设具有一定的现实意义。     

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

金溪大桥溶洞桩基础施工

佛山市和顺棠溪至料美公路主干线金溪大桥全长1125m,位于佛山市南海境内,桥位地层岩性极其复杂,溶洞、土洞发育,覆盖层分别为填筑土、淤泥质亚粘土、粉砂、细砂、粗砂、砾砂、粘土等。文中主要介绍岩溶区桩基的施工过程。