非连续模型下桩基对既有盾构隧道变形的影响

基于非线性接触理论,在管片间简化设置挤压与摩擦关系模拟管片接头结构,以贵州省某市实际工程为背景,建立非连续接触盾构隧道模型,分析桩基施工与承载阶段对既有盾构隧道变形的影响。研究结果表明：本工程中,桩基承载阶段对土体竖向的主要影响范围约为桩径的15倍、桩长的1.7倍,对土体侧向的主要影响范围约为桩径的5.5倍、桩长的0.6倍。综合变形较大值主要集中在拱顶、拱腰以及拱底处,盾构隧道在非连续模型下受力变形时,管片间出现明显错台,这表明本模型能较好地模拟出既有盾构隧道在桩基施工承载时的受力变形。桩基施工阶段,竖向变形最大值出现在拱顶部位,约为0.21mm。桩基承载阶段,竖向变形最大值仍出现在拱顶部位,约为0.73mm,盾构隧道在竖向变形上主要受桩基承载阶段影响。桩基施工与承载阶段,横向变形最大值均出现在线内拱腰处,分别约为0.21mm与0.23mm,横向变形值增量不大,盾构隧道在横向变形上主要受桩基施工阶段影响。     

铁路路基上跨既有公路隧道受力变形影响分析

新建路基开挖卸载施工对下方既有隧道的覆盖地层产生扰动,导致既有隧道围岩和结构应力状态的改变,影响既有隧道结构安全。文章依托新建赣深铁路路基上跨既有S29从莞高速公路石山隧道工程项目,采用地层-结构与荷载-结构相结合数值分析方法,进行了上方开挖施工对既有隧道结构受力变形影响分析,并提出施工控制措施。结果表明:在上方路基开挖施工过程中,既有隧道结构以竖向变形为主,在相交位置处隧道拱顶产生最大竖向变形1.86mm,结构变形较小;采用荷载-结构法进行二次衬砌受力分析,结构受力最不利部位为拱顶,最小抗压安全系数为3.94,最小抗拉安全系数为4.05,结构安全性满足要求。     

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。     

暗挖隧道下穿既有站沉降控制措施

通过对暗挖隧道下穿既有站采用不同工法及不同加固范围的计算分析比较,并依据地铁站结构变形控制值,来确定暗挖隧道下穿既有站沉降控制措施。结果表明,采用CRD工法开挖,较全断面法及台阶法对控制竖向位移效果显著;隧道掌子面及周边一定范围土体采用深孔注浆加固,可以有效控制既有车站结构及轨道竖向变形,满足既有线结构使用和运营要求。     

新建公路桥梁对既有铁路桥隧的影响分析

新建高速公路悬臂浇筑连续梁桥跨越地铁高架桥及铁路隧道时,在施工过程中存在较多安全隐患。如工程措施不当或高空坠物,对运营地铁高架桥造成影响,危及既有桥梁行车安全;新建桥梁桩基施工引起既有隧道沉降,若不均匀沉降过大,将导致既有隧道衬砌开裂,影响既有隧道衬砌结构安全和城轨交通安全运营。本文以跨地铁高架桥及城轨铁路隧道的高速公路桥梁工程为依托,对桥梁基础施工引起的既有隧道结构及围岩变形进行了数值模拟计算,并对桥梁上部结构施工存在的交叉影响进行了安全风险分析,可为同类工程安全评估及防护提供参考。     

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。     

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。     

明挖卸荷施工对下卧既有地铁盾构隧道的影响研究

为研究明挖卸荷施工对下卧既有地铁盾构隧道的影响,文章以济南某明挖基坑近接既有地铁隧道为背景,基于midas GTS NX有限元软件,考虑3个方面因素并假设28种对比工况,开展数值模拟对比分析。得到不同因素影响下明挖卸荷施工对下卧既有地铁盾构隧道影响规律,并提出相应的建议措施。研究结果表明,明挖基坑与既有隧道夹角保持在45°及以上,可降低明挖卸荷施工对既有隧道的影响;明挖基坑与既有隧道竖向距离在0.5D(D为隧道直径)以上时,竖向距离对于控制隆起变形效果较为明显;在0.5D以下时,竖向距离对于控制隆起变形并不明显;明挖基坑横向卸荷面积对既有地铁隧道竖向变形影响随基坑加宽或加深而呈线性增加,基坑深度因素影响尤为显著。     

盾构隧道下穿铁路箱涵结构变形特征分析

文章应用三维有限元法,分析盾构隧道下穿引起的既有铁路路基及箱涵结构变形,结果表明,铁路路基沉降规律大致符合Peck曲线,但由于箱涵结构的存在,沉降曲线左右不对称;箱涵最大竖向变形2.4 mm,路基最大竖向沉降3.95 mm。     

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。     

用桩加固浅基础的力学模型研究

对用桩加固既有铁路桥梁中浅基础常用计算方法进行比较,认为此类结构应考虑承台结构的变形,并提出了合乎实际情况的力学模型。实例计算与比较分析结果表明,由于用桩加固浅基础时其承台结构的特殊性,竖向荷载对桩身弯矩有较大影响。此外,给出了考虑承台变形和竖向荷载的影响时,浅基础用桩加固的力学模型计算公式。     

新建桩基础对既有隧道影响的三维变形分析

依托深圳地铁某停车厂工程,针对其工程桩数量众多、距离隧道极近、场地正下方附存铁路隧道等特点建立大型三维有限元模型,以数值模拟的方式分析桩体施工、荷载施加、停车场运营阶段对于下部既有隧道的影响。模拟计算结果表明,桩体施工阶段,既有隧道两侧桩基造成隧道结构竖向下沉,横向洞内收敛,整体出现扭曲。桩基础在荷载施加与运营阶段隧道结构变形规律与桩体施工阶段相近,其中,施工阶段引起变形较小,荷载施加引起变形占主要部分,停车场运营期仍会发生小变形。计算结果与现场监测数据基本一致,从而说明模型的合理性。     

砂卵石地层基坑开挖对下卧运营盾构隧道结构变形研究

砂卵石地层中进行基坑开挖会对周边环境产生较大影响,而基坑工程下方存在既有运营地铁线路时,基坑开挖将严重威胁到既有线路的安全运营。为研究砂卵石地层U形槽基坑开挖对盾构隧道的变形影响,以北京首条有轨电车西郊线上跨既有运营地铁10号线为工程背景,通过对监测数据进行分析,得出基坑开挖过程中既有结构的变形规律,并提出相应控制手段和措施。结果表明:U形槽开挖会造成下方隧道和轨道结构产生不均匀隆起变形,经采用深孔注浆进行土体加固后,隆起值控制在1.5 mm以内;隧道横向变形表现为不规则波动,变形值在±0.5 mm以内;开挖卸荷导致隧道受水平压缩、竖向拉伸的力,收敛为"竖椭圆"形状;轨距先拉开后缩小,最后再拉开,曲线呈"M"形,轨距值在±2 mm以内。     

与既有地铁并行的车站深基坑变形数值模拟分析

基于杭州地铁8号线和既有线路并行的车站深基坑工程案例,进行Plaxis二维和三维数值模拟,研究基坑开挖和车站回筑过程中,基坑以及既有地铁结构的变形型态和受力状况,论证既有结构的安全性。并通过对比二维和三维数值分析,验证分坑的有效性。对于和既有地铁线路平行的长条形基坑,设置封堵墙、跳坑施工是减小对既有结构影响的有效措施。在基坑开挖及回筑过程中,既有区间隧道会发生斜向坑内的以水平位移为主的变形,竖向位移为沉降,变形后区间呈鸭蛋状;既有车站结构会发生斜向坑内的变形,竖向位移为隆起。基坑开挖及回筑完成后,整个既有区间在长度方向上呈"W"状,位移大值发生在各个基坑的中间部位,位移小值发生在各个封堵墙位置。     

软土地层小净距叠交盾构隧道施工方案研究

以无锡地铁3号线出入段隧道上穿地铁3号线长江路站—机场站区间隧道及既有电力隧道为工程背景,利用FLAC 3D 5. 0软件进行数值计算,对比分析不同施工顺序的地表沉降及隧道结构竖向变形。分析结果表明:先开挖下部长机区间隧道后开挖上部出入段隧道地表最大沉降为9. 33 mm,隧道结构最大竖向变形为23. 0 mm;先开挖上部出入段隧道后开挖下部长机区间隧道地表最大沉降为13. 10 mm,隧道结构最大竖向变形为33. 8 mm。建议采用先下后上的顺序施工,叠交段施工时应保持土仓压力稳定,严格控制同步注浆压力及注浆量,必要时可在下部隧道施工后设置临时支撑,并做好监控量测。     

大跨度人防隧道工程下穿施工对既有地铁隧道区间结构稳定性的影响

[目的]为分析新建大跨度人防隧道工程小净距下穿既有地铁线路施工时对地铁隧道区间结构稳定性的影响,需对人防隧道下穿施工过程进行模拟研究。[方法]依托青岛某扁平大断面人防隧道下穿既有地铁区间隧道工程,建立了三维有限元模型,模拟人防隧道开挖的全过程。重点分析了人防隧道设置的中隔墙在开挖过程中的力学响应及变形规律,以及整个施工过程对既有地铁车站及其区间隧道的影响情况。[结果及结论]人防隧道中隔墙在先行洞和后行洞施工过程中呈现出明显的偏压趋势;人防隧道初期支护结构受既有地铁隧道的上部拱顶效应与中隔墙的双重作用,呈现出罕见的前大后小的“四象限”分布规律,且右侧沉降值大于左侧沉降值;既有地铁车站及其区间结构受人防隧道开挖空间效应的影响明显,其变形趋势均表现为向开挖侧移动,但其变形值均小于规范规定的预警值。     

新建电缆盾构隧道近距离下穿既有地铁影响分析

以深圳北环电缆隧道南线下穿深圳既有地铁2号线岗厦北站-华强北站区间工程为依托,通过有限元数值模拟分析新建电缆盾构隧道近距离下穿地铁线路时对既有地铁的影响规律。研究结果表明,既有地铁的竖向沉降随着电缆隧道与既有地铁交叉角度的增加而减小;电缆隧道盾构掘进过程中会对既有地铁结构产生扰动,使其结构发生变形,最大沉降值发生在掘进掌子面后方15~20m;数值分析结果与现场实测数据趋势接近。     

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。     

地下通道超近距上跨城市轨道交通隧道结构施工影响分析

目的：近年来，城市轨道交通周边施工作业导致既有线路隧道结构受损或影响行车安全的事故频繁发生，因此需加强对城市轨道交通控制保护区内可能影响城市轨道交通结构设施安全和运营安全的各类施工作业行为的管理。方法：以贵阳市某新建地下过街通道近距离上跨贵阳轨道交通1号线和4号线施工项目为例，介绍了安全保护方案，确定了既有轨道交通结构变形控制标准；通过建立三维数值模型模拟施工工况，分析新建地下过街通道施工对既有轨道交通结构的变形和内力影响，并对既有轨道交通结构进行了安全保护专项监测。结果及结论：新建地下过街通道基础采用暗托梁+桩基结构，以及跳槽开挖反压施工措施对既有轨道交通结构进行保护；既有轨道交通结构变形的数值模拟结果与实际监测结果基本一致；在采取安全保护措施后，既有轨道交通结构变形值小于控制标准值；在城市轨道交通控制保护区施工作业安全管控中，采用精细化设计、现场施工控制及安全保护专项监测等措施能够保障既有轨道交通的结构及运营安全。     

大型陆上沉井首次下沉砂袋变形特性模型试验研究

以五峰山大桥北锚碇基础、瓯江北口大桥南锚碇基础等大型陆上沉井首次下沉为工程背景，开展砂袋变形特性模型试验，得到沉井荷载、划破砂袋以及拉槽砂袋部分去除工况下沉井隔墙模型（加载梁）的竖向位移和下部砂袋水平位移，分析砂袋支撑承载力和上部砂袋部分去除后下部砂袋的破坏模式。结果表明：沉井荷载施加后加载梁竖向位移和砂袋水平位移较小，未发生砂袋挤压破坏情况；划破砂袋后，砂袋中粗砂未被挤出，加载梁竖向位移与砂袋水平位移均无明显增加；上部局部砂袋去除后，下方砂袋水平向位移明显增加，若采用逐层划出砂袋使沉井过渡到土层支撑的方法，会导致砂袋支撑突然破坏。为了确保沉井平稳地由砂袋支撑转换为土层支撑，预先在沉井节点位置用素混凝土垫块进行置换，避免了大型沉井由砂袋支撑转换为土层支撑过程中沉井结构开裂。